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GEBIET DER ERFINDUNG
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Vorliegende Erfindung betrifft einen Zylinder mit einer Stoßdämpfungsfunktion und guter Bedienbarkeit, der eine schnelle Bewegung einer Kolbenstange mit einer geringen Menge eines in eine Kolbeneinheit eingeleiteten Arbeitsfluides auch dann erlaubt, wenn ein Magnet zum Detektieren einer Position in der Nähe der Kolbeneinheit angeordnet ist.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Ein bekannter Zylinder ist versehen mit einem Permanentmagnet an einer Kolbeneinheit, die sich zusammen mit einer Kolbenstange in einem Zylinderrohr wie beispielsweise einem Hydraulikzylinder hin und her bewegt, und mit einem Magnetsensor an der Außenseite des Zylinderrohres, um einen durch den Magnetsensor wandernden Magnetismus zu detektieren und dadurch eine Zylinderhubposition zu messen.
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Patentliteratur 1 beschreibt zum Beispiel einen Zylinder mit einem Drehwertgeber, der an einem Zylinderkopf vorgesehen ist, zum Detektieren des Betrags der Hin- und Herbewegung der Kolbenstange als Drehbetrag, und einen Rückstellmagnetsensor in dem mittleren Bereich der äußeren Peripherie eines Rohres. Der Rückstellmagnetsensor detektiert den Magnetismus, der durch einen Magnet erzeugt wird, der an der Kolbeneinheit befestigt ist, die sich in dem Rohr hin und her bewegt, und sorgt für die Rückstellung von der gemessenen Position, die anhand des durch den Drehwertgeber detektierten Werts ermittelt wurde, in eine Ausgangsposition, wenn ein Spitzenwert eines Magnetismus detektiert wird.
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Patentliteratur 2 beschreibt einen Zylinder mit einem Kolben, der sich in dem Zylinder hin und her bewegt, einer Kommunikationsöffnung, die den Kolben in Richtung der Hin- und Herbewegung des Kolbens durchgreift, und einem Rückschlagventil, das mit der Kommunikationsöffnung verbunden ist. Ein Ventilkörper des Rückschlagventils öffnet, wenn sich der Kolben in eine Endposition des Kolbenhubes bewegt, um den Stoß des Kolbens bei Auftreffen auf das Hubende zu dämpfen.
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DOKUMENTLISTE
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PATENTLITERATUR
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- Patentliteratur 1: Offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2006-220621
- Patentliteratur 2: Offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 62-124302.
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ÜBERSICHT
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Technisches Problem
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Ein bekannter Zylinder hat ein Kolbenventil, das an einer Kolbeneinheit der vorgenannten Zylinderstange angeordnet ist, um eine Stoßdämpfungswirkung bereitzustellen, ähnlich wie jene, die in Patentliteratur 2 beschrieben ist. Dieser Zylinder, der das Kolbenventil aufweist, dämpft den Stoß beim Auftreffen der Kolbenstange auf das Hubende in einer Weise, dass, wenn die Kolbenstange das Hubende des Zylinders erreicht, ein das Arbeitsfluid einschließendes Kolbenventil in die entgegengesetzte Richtung gedrückt wird und dadurch die Dichtung aufhebt, wodurch das Arbeitsfluid ausströmen kann, um den Arbeitsfluiddruck zu verringern.
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Ferner ermöglicht der Zylinder, der das Kolbenventil aufweist, dass sich die Kolbenstange in Richtung auf die mittlere Hubposition bewegt, indem die Kolbeneinheit mit nur einer sehr geringen Menge des Arbeitsfluides versorgt wird, um mit dem Kolbenventil eine Dichtung zu bilden, die verhindert, dass das Arbeitsfluid in die Kolbeneinheit einströmt.
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Wenn ein Magnet zum Detektieren einer Position in der Nähe der das Kolbenventil aufweisenden Kolbeneinheit vorgesehen ist, wird das aus einem magnetischen Material bestehende Kolbenventil magnetisiert. Wenn ferner die Differenz zwischen dem Bohrungsdurchmesser des Zylinderrohres und dem Kolbenstangendurchmesser gering ist, wodurch eine direkte Beaufschlagung des Kolbenventils durch den Zylinderkopf erschwert wird, wird das Kolbenventil über einen Schieber beaufschlagt, der entlang der Hin- und Herbewegungsrichtung gleiten kann. Da der Schieber aus einem magnetischen Material besteht, haftet der Schieber an dem magnetisierten Kolbenventil und Magnetismus.
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Daher haftet das Kolbenventil an dem Schieber, wenn die Kolbenstange von dem Hubende an dem Zylinderkopf in Richtung auf die mittlere Hubposition bewegt werden soll. Zum Bewegen der Kolbenstange in Richtung auf die mittlere Hubposition sollte eine Dichtung mit dem Kolbenventil gebildet werden, indem das Kolbenventil mit dem Arbeitsfluid bewegt wird, das aus dem Zylinderkopf eingeleitet wird. Wenn der Bewegungsbereich des Schiebers verglichen mit dem Bewegungsbereich des Kolbenventils jedoch klein ist, muss auf das Kolbenventil eine Kraft ausgeübt werden, die höher ist als die Anziehungskraft zwischen dem Kolbenventil und dem Schieber. Die auf das Kolbenventil ausgeübte Kraft ist äquivalent zu dem Druckverlust des Arbeitsfluides, das an dem Kolbenventil entlangströmt. Der Druckverlust ist gering, wenn der Durchfluss des Arbeitsfluides gering ist. Wenn also die Durchflussmenge des Arbeitsfluides bei der Bewegung der Kolbenstange im anfänglichen Arbeitsbereich sehr gering ist, ist die auf das Kolbenventil ausgeübte Kraft im Vergleich zu der Anziehungskraft zwischen dem Kolbenventil und dem Schieber gering, wodurch die Zeit bis zur Herstellung einer Dichtung mit dem Kolbenventil länger ist. Folglich ist für den Fahrzeugführer eine Verzögerung spürbar, welche die Bedienbarkeit beim Hin- und Herbewegen des Kolbens nachteilig verschlechtert.
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Vorliegende Erfindung befasst sich mit diesem Problem und hat zur Aufgabe, einen Zylinder mit einer Stoßdämpfungsfunktion vorzuschlagen, der über eine gute Bedienbarkeit verfügt und eine schnelle Bewegung einer Kolbenstange mit einer geringen Menge eines in eine Kolbeneinheit geleiteten Arbeitsfluides auch dann erlaubt, wenn in der Nähe der Kolbeneinheit ein Magnet zu Detektieren einer Position vorgesehen ist.
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Problemlösung
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Zur Lösung des vorstehend beschriebenen Problems und der genannten Aufgabe kann ein erfindungsgemäßer Zylinder mit einer Stoßdämpfungsfunktion eine Position einer sich in einem Zylinderrohr hin und her bewegenden Kolbenstange detektieren und verfügt über eine Funktion zum Dämpfen eines Stoßes, der am Hubende der Kolbenstange durch dieselbe erzeugt wird. Der Zylinder mit Stoßdämpfungsfunktion umfasst: ein Paar von Kolbenventilplatten, die in einer Kolbeneinheit vorgesehen sind, die an einem näher an einem Zylinderboden gelegenen Bereich der Kolbenstange befestigt ist, wobei eine Kolbenventilplatte des Paares von Kolbenventilplatten näher an einem Zylinderkopf und die andere näher an einem Zylinderboden angeordnet ist; ein Kolbenventil, das für eine Hin- und Herbewegung in einem Bereich zwischen den Kolbenventilplatten konfiguriert ist, derart, dass das Kolbenventil durch Arbeitsfluid, das aus einer zylinderkopfseitigen Ölkammer eingeleitet wird, in Richtung auf den Zylinderboden bewegt wird, um zwischen dem Kolbenventil und der näher an dem Zylinderboden angeordneten Kolbenventilplatte eine Dichtung zu bilden, um zu verhindern, dass das Arbeitsfluid in Richtung auf den Zylinderboden ausströmt, und derart, dass das Kolbenventil durch Arbeitsfluid, das aus einer zylinderbodenseitigen Ölkammer eingeleitet wird, in Richtung auf den Zylinderkopf bewegt wird, um zwischen dem Kolbenventil und der näher an dem Zylinderkopf angeordneten Kolbenventilplatte eine Dichtung zu bilden, um zu verhindern, dass das Arbeitsfluid in Richtung auf den Zylinderkopf ausströmt; einen Schieber aus einem nichtmagnetischen Material, der auf der Kolbenstange verschiebbar montiert ist und mit dem Zylinderkopf und einem zylinderkopfseitigen Betätigungsteil des Kolbenventils in Kontakt treten kann; einen Ventilkolben, der in der Kolbeneinheit in einem näher an dem Zylinderboden liegenden Bereich vorgesehen ist und derart konfiguriert ist, dass er das Kolbenventil in Richtung auf den Zylinderkopf drückt, wenn die Kolbenstange mit einem Hubende an dem Zylinderboden in Kontakt gelangt, wodurch eine Dichtung aufgehoben wird, die zwischen dem Kolbenventil und der näher an dem Zylinderboden angeordneten Kolbenventilplatte gebildet wird; einen Magnethaltering, der an der Kolbenstange derart befestigt ist, dass er zwischen der Kolbeneinheit und dem Schieber positioniert ist, und der konfiguriert ist für die Lagesicherung eines Magnets zum Detektieren einer Position der Kolbenstange auf einer der Kolbeneinheit zugekehrten Seite; und einen Magnetismusdetektor, der an einer äußeren Peripherie des Zylinderrohres vorgesehen ist und konfiguriert ist für die Detektion einer Position der Kolbenstange durch eine Detektion des durch den Magnet erzeugten Magnetismus.
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Bei dem vorstehend beschriebenen Zylinder mit Stoßdämpfungsfunktion gemäß vorliegender Erfindung ist das zylinderkopfseitige Betätigungsteil des Kolbenventils länger als eine Länge, die ermöglicht, dass das Kolbenventil mit dem Schieber in Kontakt bleibt, während sich das Kolbenventil innerhalb eines Bereichs zwischen dem Kolbenventilplattenpaar bewegt.
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Darüber hinaus hat der vorstehend beschriebene Zylinder mit Stoßdämpfungsfunktion gemäß vorliegender Erfindung einen Halter, der zwischen der Kolbeneinheit und dem Magnethaltering vorgesehen ist und konfiguriert ist für die Lagesicherung der näher an dem Zylinderkopf angeordneten Kolbenventilplatte und des Magnets in dem Magnethaltering, wobei der Halter einen Durchlass bildet zum Einleiten von Arbeitsfluid in einen Bereich zwischen dem Kolbenventilplattenpaar.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Erfindungsgemäß kontaktiert ein Schieber aus einem nichtmagnetischen Material ein magnetisiertes zylinderkopfseitiges Betätigungsteil, ohne an diesem zu haften. Dadurch erübrigt sich der Durchfluss des Arbeitsfluides zum Lösen des Schiebers und des zylinderkopfseitigen Betätigungsteils aus dem Zustand der magnetischen Haftung. Das Ergebnis ist, dass ein Zylinder mit Stoßdämpfungsfunktion und hoher Funktionalität bereitgestellt werden kann, der eine schnelle Bewegung einer Kolbenstange mit einer geringen Menge eines in eine Kolbeneinheit geleiteten Arbeitsfluides auch dann erlaubt, wenn in der Nähe der Kolbeneinheit ein Magnet zum Detektieren einer Position vorgesehen ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt eine Außenkonfiguration eines Zylinders mit Stoßdämpfungsfunktion, der eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 ist eine Schnittansicht, die eine Konfiguration des in 1 dargestellten Zylinders im Detail zeigt;
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3 zeigt jeweils in einer perspektivischen Ansicht, rechten Seitenansicht und linken Seitenansicht die Konfiguration einer in 2 dargestellten Kolbeneinheit im Detail;
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4 zeigt jeweils in einer perspektivischen Ansicht, rechten Seitenansicht und linken Seitenansicht die Konfiguration eines in 2 dargestellten Magnethalterings im Detail;
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5 zeigt jeweils in einer perspektivischen Ansicht und rechten Seitenansicht die Konfiguration eines in 2 dargestellten Halters im Detail;
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6 zeigt in einer perspektivischen Ansicht die Konfiguration eines in 2 dargestellten Schiebers im Detail;
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7 ist eine erläuternde Darstellung einer Bewegung eines Kolbenventils, wenn sich eine Kolbenstange von einer zylinderkopfnahen Position in Richtung auf den Zylinderboden bewegt;
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8 ist eine erläuternde Darstellung einer Bewegung des Kolbenventils bei Kontakt der Kolbenstange mit dem Zylinderboden;
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9 ist eine erläuternde Darstellung einer Bewegung des Kolbenventils bei Kontakt der Kolbenstange mit dem Zylinderkopf;
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10 ist eine erläuternde Darstellung einer Bewegung des Kolbenventils, wenn der Schieber aus magnetischen Material besteht;
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11 zeigt eine Änderung des Kolbenventilhubs im Verhältnis zu einer chronologischen Änderung einer Hebeleingangsgröße bei einem Hebel aus einem magnetischen Material und bei einem Hebel aus einem nichtmagnetischen Material;
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12 zeigt einen Zustand von Magnetkraftlinien eines Magnets bei einem Magnethaltering und Schieber aus magnetischem Material und bei einem Magnethaltering und Schieber aus nichtmagnetischem Material.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben.
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(Aufbau des Zylinders)
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1 zeigt eine Außenkonfiguration eines Zylinders mit Stoßdämpfungsfunktion (nachstehend als "Zylinder" bezeichnet), der eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. 2 zeigt in einer Schnittansicht eine Detailkonfiguration des in 1 dargestellten Zylinders. 3 ist jeweils eine perspektivische Ansicht, rechte Seitenansicht und linke Seitenansicht einer Detailkonfiguration einer in 2 dargestellten Kolbeneinheit. 4 ist jeweils eine perspektivische Ansicht, rechte Seitenansicht und linke Seitenansicht einer Detailkonfiguration eines in 2 dargestellten Magnethalterings. 5 ist jeweils eine perspektivische Ansicht und rechte Seitenansicht einer Detailkonfiguration eines in 2 dargestellten Schiebers. 6 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine Detailkonfiguration eines in 2 dargestellten Schiebers.
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Wie in den 1 und 2 dargestellt ist, ist eine Kolbenstange 3 derart vorgesehen, dass diese über eine Kolbeneinheit 10 entlang eines Zylinderrohres 2, welches eine Wand eines Zylinders 1 ist, gleitet. Die Kolbeneinheit 10 ist näher an einem Zylinderboden 9 liegend an der Kolbenstange 3 befestigt. Die Kolbenstange 3 ist verschiebbar an einem Zylinderkopf 8 befestigt. Eine Kammer, die von dem Zylinderkopf 8, der Kolbeneinheit 10, einer Innenwand des Zylinderrohres 2 und der Kolbenstange 3 umschlossen ist, bildet eine zylinderkopfseitige Ölkammer 13H. Eine von dem Zylinderboden 9, der Kolbeneinheit 10, der Innenwand des Zylinderrohres 2 und der Kolbenstange 3 umschlossene Kammer bildet eine zylinderbodenseitige Ölkammer 13B. In dem Zylinderrohr 2 sind die zylinderkopfseitige Ölkammer 13H und die zylinderbodenseitige Ölkammer 13B unter Zwischenschaltung der Kolbeneinheit 10 einander gegenüberliegend angeordnet. Arbeitsfluid LH strömt durch einen Hydraulikanschluss 4, der näher an dem Zylinderkopf 8 angeordnet ist, in die zylinderkopfseitige Ölkammer 13H. Arbeitsfluid LB strömt durch einen Hydraulikanschluss 5, der näher an dem Zylinderboden 9 angeordnet ist, in die zylinderbodenseitige Ölkammer 13B.
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Entsprechend dem Betätigungsbetrag eines Betätigungshebels (nicht dargestellt), stellt das Durchflusssteuerventil den Durchfluss ein und schaltet die Richtungen der Arbeitsfluide LH und LB, die von einer Hydraulikpumpe (nicht dargestellt) geliefert werden. Wenn das Arbeitsfluid LH durch den Hydraulikanschluss 4 in die zylinderkopfseitige Ölkammer 13H strömt, drückt das Arbeitsfluid die Kolbeneinheit 10 in Richtung auf den Zylinderboden 9, um die Kolbenstange 3 in Richtung auf den Zylinderboden 9 zu bewegen. Das Arbeitsfluid LB in der zylinderbodenseitigen Ölkammer 13B strömt dann aus und strömt durch den Hydraulikanschluss 5 in einen Arbeitsfluidtank (nicht dargestellt). Wenn das Arbeitsfluid LB dagegen durch den Hydraulikanschluss 5 in die zylinderbodenseitige Ölkammer 13B strömt, drückt das Arbeitsfluid LB die Kolbeneinheit 10 in Richtung auf den Zylinderkopf 8, um die Kolbenstange 3 in Richtung auf den Zylinderkopf 8 zu bewegen. Das Arbeitsfluid LH in der zylinderkopfseitigen Ölkammer 13H strömt dann aus und strömt durch den Hydraulikanschluss 4 in den Arbeitsfluidtank (nicht dargestellt).
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Dementsprechend bewegt sich die Kolbenstange 3 in dem Zylinderrohr 2 durch das in das Zylinderrohr 2 einströmende Arbeitsfluid LH oder LB hin und her.
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Der Zylinderkopf 8 ist mit einer Stangendichtung 130 und einer Staubdichtung 132 versehen, die den Spalt zwischen dem Zylinderkopf und der Kolbenstange abdichten, um eine Verschmutzung beispielsweise durch Staub zu verhindern, der in die zylinderkopfseitige Ölkammer 13H eindringt.
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(Hubpositions-Detektionsmechanismus)
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Ein Hubpositionssensor 100 ist außen an dem Zylinderkopf 8 vorgesehen. Ein Gehäuse 120 bedeckt den Hubpositionssensor 100. Das Gehäuse 120 ist mittels Bolzen oder dergleichen an dem Zylinderkopf 8 befestigt. Das heißt, der Hubpositionssensor 100 und das Gehäuse 120 können ohne weiteres an dem Zylinderrohr 2 befestigt und von demselben gelöst werden.
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Der Hubpositionssensor 100 enthält eine Spinrolle 110, die einen Kontakt von Fläche-zu-Fläche mit der Kolbenstange 3 herstellt und konfiguriert ist für eine Drehung in Abhängigkeit von der Hin- und Herbewegung der Kolbenstange 3. Das heißt, der Betrag der linearen Bewegung der Kolbenstange 3 wird in den Betrag der Drehung der Spinrolle 110 umgesetzt.
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Die Spinrolle 110 ist derart vorgesehen, dass eine Drehachse 110C der Spinrolle 110 senkrecht zur Richtung der Hin- und Herbewegung der Kolbenstange 3 ist. Zum Verschließen des Spalts zwischen dem Gehäuse 120 und der Kolbenstange 3 und zum Verhindern einer Verschmutzung beispielsweise durch Staub, der in den Raum zwischen der Spinrolle 110 und der Kolbenstange 3 eindringt, ist eine Staubdichtung 131 an dem Gehäuse 120 vorgesehen. Diese verhindert, dass Staub oder dergleichen in den Raum zwischen der Spinrolle 110 und der Kolbenstange 3 eindringt und die Funktion der Spinrolle 110 beeinträchtigt. Das heißt, in dem Hubpositionssensor 100 ist ein Staubschutz gebildet, der aus der an dem Gehäuse 120 vorgesehenen Staubdichtung 130 und der an dem Zylinderkopf 8 vorgesehen Staubdichtung 132 besteht.
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Der Hubpositionssensor 100 umfasst die Spinrolle 110 und eine Drehsensoreinheit (nicht dargestellt) zum Detektieren des Drehbetrags der Spinrolle 110. Ein Signal, das den durch die Drehsensoreinheit detektierten Betrag der Drehung der Spinrolle 110 angibt, wird zu einer Positionsdetektionseinheit 7 übertragen, zur Umrechnung in eine Hubposition der Kolbenstange 3.
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Zwischen der Spinrolle 110 des Hubpositionssensors 100 und der Kolbenstange 3 entsteht unvermeidlich Schlupf (Rutschen). Dadurch kommt es zu einem Fehler (schlupfbedingten akkumulierten Fehler) zwischen der gemessenen Position der Kolbenstange 3, die anhand eines durch den Hubpositionssensor 100 detektierten Werts ermittelt wird, und der tatsächlichen Position der Kolbenstange 3. Zum Zurücksetzen der gemessenen Position, die anhand des durch den Hubpositionssensor 100 detektierten Werts ermittelt wurde, auf eine Ausgangsposition (Referenzposition) ist ein Magnet 31, der Magnetkraftlinien erzeugt, in der Nähe der Kolbeneinheit 10 sicher befestigt, und ein Magnetismusdetektor 6 ist als Rückstellsensor außenseitig an dem Zylinderrohr 2 vorgesehen. Der Magnetismusdetektor 6 detektiert eine Spitze der durch den Magnet 31 erzeugten Magnetkraftlinien. Die Positionsdetektoreinheit 7 korrigiert die gemessene Position, die anhand des durch den Hubpositionssensor 100 detektierten Werts ermittelt wurde, entsprechend dem durch den Magnetismusdetektor 6 detektierten Wert in die Ausgangsposition.
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Der Magnet 31 ist in einem Magnethaltering 30 positioniert, wobei der S-Pol und der N-Pol entlang der Hin- und Herbewegungsrichtung der Kolbenstange 3 ausgerichtet sind. Der Manget 31 kann derart positioniert sein, dass der S-Pol und der N-Pol entlang der radialen Richtung senkrecht zur Hin- und Herbewegungsrichtung der Kolbenstange 3 ausgerichtet sind.
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Der Magnetismusdetektor 6 hat zwei Magnetsensoren 6a und 6b, die durch einen vorgegebenen Abstand voneinander getrennt entlang der Hin- und Herbewegungsrichtung angeordnet sind. Die beiden Magnetsensoren 6a und 6b sind vorgesehen, weil sie die Positionen detektieren, auf deren Basis die absolute Bewegungsstrecke der Kolbenstange 3 gemessen wird. Die gemessene absolute Bewegungsstrecke der Kolbenstange 3 wird für die Korrektur des Hubes verwendet. Wenn zum Beispiel die Funktionsfähigkeit der Spinrolle 110 des Hubpositionssensors 100 aufgrund von Alterung nachlässt, ist die Bewegungsstrecke der Kolbenstange 3, die anhand des durch den Hubpositionssensor 100 detektierten Drehbetrags ermittelt wird, kleiner als die tatsächliche Bewegungsstrecke der Kolbenstange 3. Die Positionsdetektionseinheit 7 korrigiert die anhand des durch den Hubpositionssensor 100 detektierten Drehbetrags ermittelte Bewegungsstrecke entsprechend einem Verhältnis einer Bewegungsstrecke L' und der tatsächlichen Entfernung L zwischen den beiden Magnetsensoren 6a und 6b', das heißt, L/L', wobei die Bewegungsstrecke L' ermittelt wird aus dem Drehbetrag, der durch den Hubpositionssensor 100 detektiert wird, wenn sich der Magnet 31 zwischen den beiden Magnetsensoren 6a und 6b bewegt. Zum Beispiel wird für die Magnetsensoren 6a und 6b ein Hall-IC verwendet.
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(Umliegende Konstruktion der Kolbeneinheit mit Stoßdämpfer)
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Die Kolbeneinheit 10 hat die Konstruktion eines ringförmigen Kolbenventils und umfasst eine Vielzahl (z.B. drei) solcher Kolbenventile 12, die in 3 dargestellt sind. Die Kolbenventilkonstruktion hat drei Durchgriffsöffnungen 13 mit jeweils kreisrundem Querschnitt, die sich entlang der Hin- und Herbewegungsrichtung der Kolbenstange 3 erstrecken. Eine Kolbenventilplatte 11 ist an den Durchgriffsöffnungen 13 befestigt. Eine Kolbenventilplatte 11H ist auf der Seite der Durchgriffsöffnungen 13 befestigt, die näher an dem Zylinderkopf 8 liegt. Eine Kolbenventilplatte 11B ist auf der Seite der Durchgriffsöffnung 13 befestigt, die näher an dem Zylinderboden 9 liegt. In Jeder der Kolbenventilplatten 11H und 11B ist eine Öffnung oder Nut gebildet, die ermöglicht, dass das Arbeitsfluid entlang der Hin- und Herbewegungsrichtung der Kolbenstange 3 strömt.
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Das Kolbenventil 12 hat einen Kolbenventilkörper 12A, ein zylinderkopfseitiges Betätigungsteil 12H und ein zylinderbodenseitiges Betätigungsteil 12B. Der Kolbenventilkörper 12A kann sich entlang der Hin- und Herbewegungsrichtung der Kolbenstange 3 innerhalb eines Bereichs zwischen den Kolbenventilplatten 11H und 11B bewegen, wobei zwischen der Innenfläche der Durchgriffsöffnung 13 ein Spalt d vorhanden ist. Der Durchmesser des Kolbenventilkörpers 12A ist größer als der Durchmesser des zylinderkopfseitigen Betätigungsteils 12H und der Durchmesser des zylinderbodenseitigen Betätigungsteils 12B. Verjüngte Bereiche 12TH und 12TB sind an Abschnitten gebildet, in denen der Kolbenventilkörper 12A mit dem zylinderkopfseitigen Betätigungsteil 12H bzw. mit dem zylinderbodenseitigen Betätigungsteil 12B verbunden ist. Das zylinderkopfseitige Betätigungsteil 12H und das zylinderbodenseitige Betätigungsteil 12B durchgreifen jeweils die Kolbenventilplatten 11H und 11B und sind so konfiguriert, dass sie gleiten können. Das Kolbenventil 12 besteht aus magnetischem Material. Das Kolbenventil 12 besteht deshalb aus magnetischem Material, weil es kein nichtmagnetisches Material gibt, das der großen Kraft, die auf das Kolbenventil 12 ausgeübt wird, ausreichend standhält.
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Der Magnethaltering 30 ist ein ringförmiges Element, das an der Kolbenstange 3 derart befestigt ist, dass dieses in der Kolbeneinheit 10 in einem Bereich angeordnet ist, der näher an dem Zylinderkopf 8 liegt. Wie 4 zeigt, sind in dem Magnethaltering 10 Magnethalter 31a zum Halten der scheibenförmigen Magnete 31 entlang der äußeren Peripherie auf der dem Zylinderboden 9 zugewandten Seite ringförmig angeordnet. Die Magnete 31 sind in einer Weise ringförmig angeordnet, dass der Magnetismusdetektor 6 Magnetismus detektieren kann, auch wenn sich die Kolbenstange 3 gegenüber dem Zylinderrohr 2 dreht. Eine Durchgriffsöffnung 33, die von dem zylinderkopfseitigen Betätigungsteil 12H durchgriffen ist, ist in dem Magnethaltering 30 gebildet. Der Magnethaltering 30 besteht aus nichtmagnetischem Material.
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Ein Halter 20 ist ein ringförmiges Element, das zwischen der Kolbeneinheit 10 und dem Magnethaltering 30 vorgesehen ist. Der Halter 20 stützt die in dem Magnetring 30 angeordneten Magnete 31 von der Seite, die näher an dem Zylinderboden liegt. Wie in 5 dargestellt ist, ist eine Durchgriffsöffnung 23 in dem Halter 20 gebildet, um das zylinderkopfseitige Betätigungsteil 12H zu durchgreifen. Ferner ist auf der Seite des Halters 20, die dem Zylinderboden 9 zugekehrt ist, eine Nut 20 gebildet, die sich von der äußeren Peripherie bis dorthin erstreckt, wo die Durchgriffsöffnung 23 liegt. Die Nut 21 ist als Durchlass vorgesehen, durch welchen das Fluid ein- und ausströmt.
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Ein Schieber 40 ist auf der Seite des Magnethalterings 30 angeordnet, die dem Zylinderkopf 8 zugekehrt ist. Wie 6 zeigt, ist der Schieber 40 ein ringförmiges Element, das in der Kolbenstange 3 verschiebbar gelagert ist. Die dem Zylinderkopf 8 zugekehrte Seite des Schiebers 40 kann mit dem Zylinderkopf 8 in Kontakt treten, und die dem Zylinderboden 9 zugekehrte Seite des Schiebers 40 kann mit dem Ende des zylinderkopfseitigen Betätigungsteils 12H in Kontakt treten. Der Schieber 40 besteht aus nichtmagnetischem Material. Der Schieber 40 wird vorgesehen, wenn die Differenz zwischen dem Bohrungsdurchmesser Rb des Zylinderrohres 2 und dem Kolbenstangendurchmesser Rr derart gering ist, dass der Zylinderkopf 8 das Kolbenventil 12 nur schwer direkt beaufschlagen kann. Der Zylinderkopf 8 kontaktiert den Schieber 40, und der Schieber 40 kontaktiert das Kolbenventil 12.
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Ein Ventilkolben 50 und ein Ventilkolbenhalter 51 sind einem Bereich in der Kolbeneinheit 10 angeordnet, der näher an dem Zylinderboden liegt. Der Ventilkolbenhalter 51 ist ein ringförmiges Element, das an der Kolbenstange 3 befestigt ist. Der Ventilkolben 50 ist so vorgesehen, dass er in der Hin- und Herbewegungsrichtung der Kolbenstange 3 in jede der drei Position gleiten kann, in denen die Kolbenventile 12 angeordnet sind. Mit der dem Zylinderkopf 8 zugekehrten Seite kann der Ventilkolben 50 das Ende des zylinderbodenseitigen Betätigungsteils 12B kontaktierten. Mit der dem Zylinderboden 9 zugekehrten Seite kann der Ventilkolben 50 den Zylinderboden 9 kontaktieren. Auf der Seite, die der Kolbeneinheit 10 zugekehrt ist, ist eine Nut 52 gebildet, um einen Durchlass zu bilden, durch den das Arbeitsfluid in Richtung auf die Kolbeneinheit 10 strömen kann.
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Eine Vielzahl von Blindöffnungen 14, die in der in 3 gezeigten Kolbeneinheit 10 vorgesehen sind, sind Gewindeöffnungen zum Festschrauben des Ventilkolbenhalters 51. Ferner werden eine Durchgriffsöffnung 24, die in 5 gezeigt ist, und eine Durchgriffsöffnung 34, die in 4 gezeigt ist, zum Bestimmen von Drehpositionen der Kolbeneinheit 10, des Halters 20 und des Magnetringhalters 30 verwendet.
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(Funktionsweise des Kolbenventils)
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Die Funktionsweise des Kolbenventils 12 wird nunmehr mit Bezug auf die 7 bis 9 beschrieben. Wie in 7(a) gezeigt ist, bilden der verjüngte Bereich 12TH des Kolbenventils 12 und die Kolbenventilplatte 11H im Ausgangszustand eine Dichtung. Wenn das Arbeitsfluid LH in die zylinderkopfseitige Ölkammer 13H einströmt, strömt das Arbeitsfluid LH in einen Bereich EH, der von der Kolbenventilplatte 11H und dem verjüngten Bereich 12TH umschlossen ist, durch den Spalt zwischen dem Magnethaltering 30 und dem Zylinderrohr 2, die Nut 21 in dem Halter 20 und die Kolbenventilplatte 11H, wie in 7(b) dargestellt. Dadurch strömt das Arbeitsfluid LH in den Bereich EH, um die zwischen dem verjüngten Bereich 12TH und der Kolbenventilplatte 11H gebildete Dichtung aufzuheben. Das Arbeitsfluid LH strömt dann in einen Bereich EA, der zwischen den Kolbenventilplatten 11H und 11B gebildet ist. Basierend auf dem in dem Spalt d zwischen dem Kolbenventilkörper 12A und der Innenwand der Durchgriffsöffnung 13 erzeugten Druckverlust des eingeleiteten Arbeitsfluides bewegt das Arbeitsfluid LH das Kolbenventil 12 in Richtung auf den Zylinderboden 9. Der verjüngte Bereich 12TB kontaktiert die Kolbenventilplatte 11B, um eine Dichtung zu bilden, die verhindert, dass das Arbeitsfluid LH in die zylinderbodenseitige Ölkammer 13B ausströmt, wie in 7(c) dargestellt. Die Kolbenstange 3 bewegt sich dadurch entsprechend dem Strom des Arbeitsfluides LH, das in die zylinderkopfseitige Ölkammer 13H einströmt, in Richtung auf den Zylinderboden 9.
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Dann, wenn sich die Kolbenstange 8 dem Zylinderboden 9 nähert, kontaktiert das dem Zylinderboden 9 zugekehrte Ende des Ventilkolbens 50 den Zylinderboden 9, wie in 8(d) dargestellt. Wie in 8(e) dargestellt ist, wird der Ventilkolben 50 durch den Zylinderboden 9 beaufschlagt und gleitet in Richtung auf den Zylinderkopf 8, wenn sich die Kolbenstange 3 dem Zylinderboden 9 noch stärker nähert. Der Ventilkolben 50 beaufschlagt dann das zylinderbodenseitige Betätigungsteil 12B, das sich mit dem dem Zylinderkopf 8 zugekehrten Ende des Ventilkolbens 50 in Kontakt befindet. Folglich wird die zwischen dem verjüngten Bereich 12TB und der Kolbenventilplatte 11B gebildete Dichtung aufgehoben. Wenn die Dichtung aufgehoben ist, wird das aus der zylinderkopfseitigen Ölkammer 13H eingeleitete Arbeitsfluid LH über die Nut 52 weiter in die zylinderbodenseitige Ölkammer 13B abgeleitet. Auf diese Weise kann der Stoß abgemildert werden, der entsteht, wenn die Kolbenstange 3 auf den Zylinderboden 9 trifft.
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Ebenso kann der Stoß gemildert werden, der entsteht, wenn die Kolbenstange 3 auf den Zylinderkopf 8 trifft. Wenn das Arbeitsfluid LB, wie in 9(a) dargestellt, fortgesetzt aus der zylinderbodenseitigen Ölkammer 13B eingeleitet wird, während zwischen dem verjüngten Bereich 12TH und der Kolbenventilplatte 11H eine Dichtung gebildet ist, bewegt sich die Kolbenstange 3 näher zu dem Zylinderkopf 8. Bei weiterem Einleiten des Arbeitsfluides LB kontaktiert der Schieber 40 den Zylinderkopf 8, wie in 9(b) dargestellt. Der Schieber 40 drückt das zylinderkopfseitige Betätigungsteil 12H dann in Richtung auf den Zylinderboden 9. Die zwischen dem verjüngten Bereich 12TH und der Kolbenventilplatte 11H gebildete Dichtung wird folglich aufgehoben. Wenn die Dichtung aufgehoben ist, wird das aus der zylinderbodenseitigen Ölkammer 13B eingeleitete Arbeitsfluid über die Nut 21 weiter in die zylinderkopfseitige Ölkammer 13H abgeleitet. Auf diese Weise kann der Stoß gemildert werden, der entsteht, wenn die Kolbenstange 3 auf den Zylinderkopf 8 trifft.
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10 zeigt in einer erläuternden Darstellung eine Bewegung des Kolbenventils bei einem Schieber 40, der aus einem magnetischen Material besteht. In 10(a) wird in einer Weise wie in 7(a) die zwischen dem verjüngten Bereich 12TH und der Kolbenventilplatte 11H gebildete Dichtung durch das Einleiten des Arbeitsfluides LH aufgehoben. In 10(b) bewegt das Arbeitsfluid LH in einer Weise wie in 7(b) basierend auf dem Druckverlust des Arbeitsfluides LH, der in dem Spalt zwischen dem Kolbenventilkörper 12A und der Innenwand der Durchgriffsöffnung 13 entsteht, das Kolbenventil 12 in Richtung auf den Zylinderboden 9. Der Schieber 40, der aus magnetischem Material hergestellt ist, haftet an dem zylinderkopfseitigen Betätigungsteil 12H', da das zylinderkopfseitige Betätigungsteil 12H' durch den Magnet 31 magnetisiert wird.
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Deshalb muss die auf das Kolbenventil 12 ausgeübte Kraft auch bei fortgesetztem Einleiten des Arbeitsfluides LH größer sein als die Kraft, die das zylinderkopfseitige Betätigungsteil 12H' und den Schieber 40 gegenseitig anzieht. Die auf das Kolbenventil 12 ausgeübte Kraft ist äquivalent zu dem Druckverlust des Arbeitsfluides LH in dem Spalt d. Wenn der Durchfluss des Arbeitsfluides LH gering ist, ist auch der Druckverlust gering. Deshalb ist im Anfangszustand der Bewegung der Kolbenstange 3, in dem der Durchfluss sehr gering ist, die auf das Kolbenventil 12 ausgeübte Kraft gering. Ferner wird eine Kraft benötigt, die größer ist als die Kraft, die das zylinderkopfseitige Betätigungsteil 12H und den Schieber 40 gegenseitig anzieht. Daher werden der verjüngte Bereich 12TB und die Kolbenplatte 11B, wie in 10(b) dargestellt, in einem Zustand gehalten, in dem zwischen diesen keine Dichtung gebildet wird. Wenn, wie in 10(c) gezeigt, weiterhin Arbeitsfluid LH eingeleitet wird, wird zwischen dem verjüngten Bereich 12TB und der Kolbenventilplatte 11B eine Dichtung gebildet und die Kolbenstange 3 dadurch in Richtung auf den Zylinderboden 9 bewegt.
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(Vergleich der Funktionsweisen)
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11(a) zeigt die Änderung des Ventilhubes im Verhältnis zu einer chronologischen Änderung der Hebeleingangsgröße (Durchflussmenge des Arbeitsfluides) bei einem Schieber 40 aus einem magnetischen Material. Da der Schieber 40, wie in 11(a) dargestellt, aus magnetischem Material besteht, vergrößert sich bei einer beginnenden Zunahme der Hebeleingangsgröße von dem Wert 0 an dem Zeitpunkt t1 der Ventilhub, da das zylinderkopfseitige Betätigungsteil 12H' an dem Schieber 40 haftet. Der Kolbenventilhub bleibt jedoch konstant bei S1. Der Kolbenventilhub bleibt konstant, bis sich die Durchflussmenge des eingeleiteten Arbeitsfluides LH in Abhängigkeit von der vorstehend beschriebenen Zunahme der Hebeleingangsgröße vergrößert, um eine Kraft zu erzeugen, die größer ist als die Anziehungskraft zwischen dem zylinderkopfseitigen Betätigungsteil 12H' und dem Schieber 40. Wenn dann die erzeugte Kraft die Anziehungskraft zwischen dem zylinderkopfseitigen Betätigungsteil 12H' und dem Schieber 40 übersteigt, um das zylinderkopfseitige Betätigungsteil 12H' und den Schieber 40 an einem Zeitpunkt t1' zu trennen, beginnt das Kolbenventil 12 sich zu bewegen, und an einem Zeitpunkt t2' erreicht der Kolbenventilhub den Wert S2 und es wird eine Dichtung gebildet. Ab dem Zeitpunkt t2' bewegt sich die Kolbenstange 3 in Einfahrrichtung des Zylinders (in Richtung auf den Zylinderboden 9).
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In der Ausführungsform hingegen, in der der Schieber 40 aus nichtmagnetischem Material besteht, haftet der Schieber nicht an dem zylinderkopfseitigen Betätigungselement 12H'. Wenn daher, wie in 11(b) gezeigt, die Hebeleingangsgröße an dem Zeitpunkt t1 von 0 zuzunehmen beginnt, bewegt sich das Kolbenventil 12 in Abhängigkeit von der Hebeleingangsgröße. Dies deshalb, weil das zylinderkopfseitige Betätigungsteil 12H' den Schieber 40 kontaktieren kann, nicht aber an diesem haftet, weshalb der Druckverlust des Arbeitsfluides LH in dem Spalt d vollständig für die Bewegung des Kolbenventils 12 genutzt wird, das heißt, für eine Vergrößerung des Kolbenventilhubes. An einem Zeitpunkt t2 erreicht der Kolbenventilhub den Wert S2 und es wird eine Dichtung gebildet. Ab dem Zeitpunkt t3 bewegt sich die Kolbenstange 3 in Einfahrrichtung des Zylinders (in Richtung auf den Zylinderboden 9).
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In 11(a) vergrößert sich der Ventilkolbenhub um zwei Stufen abhängig von der Hebeleingangsgröße, was zu einer langen Zeitspanne ΔT2 bis zum Beginn der Bewegung der Kolbenstange 3 führt. Im Vergleich dazu setzt die Bewegung der Kolbenstange 3 in vorliegender Ausführungsform nicht nach der Zeitspanne ΔT2 ein, sondern nach einer tatsächlichen Zeitspanne ΔT1. Daher spürt der Maschinenführer die Verzögerung nicht, wenn sich die Kolbenstange 3 in Reaktion auf die Hebeleingangsgröße bewegt, wobei die Bedienbarkeit vorzugsweise erhalten bleibt, wenn die Kolbenstange 3 hin und her bewegt wird.
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(Länge des zylinderkopfseitigen Betätigungsteils)
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Das zylinderkopfseitige Betätigungsteil 12H ist vorzugsweise länger als die Länge (LA in 7(c)), wodurch der Kolbenventilkörper 12A des Kolbenventils 12 mit dem Schieber 40 in Kontakt bleiben kann bei einer Bewegung in einem Bereich zwischen den Kolbenventilplatten 11H und 11B. Dadurch, dass dem zylinderkopfseitigen Betätigungselement 12H eine solche Länge verliehen wird, kann die zwischen dem verjüngten Bereich 12TH und der Kolbenventilplatte 11H gebildete Dichtung bei einem Kontakt des Schiebers 40 mit dem Zylinderkopf 8 zuverlässig aufgehoben werden. Wenn das zylinderkopfseitige Betätigungsteil 12H mit einer solchen Länge versehen ist, kann der Schieber 40 aus einem magnetischen Material bestehen.
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(Magnetkraftlinien des Magnets)
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12(a) zeigt einen Zustand von Magnetkraftlinien des Magnets 31, wenn der Magnethaltering 30 und der Schieber 40 aus magnetischen Materialien bestehen. 12(b) zeigt einen Zustand von Magnetkraftlinien des Magnets 31, wenn der Magnethaltering 30 und der Schieber 40 aus nichtmagnetischen Materialen bestehen. Wie in 12(a) dargestellt ist, erzeugen die Magnete 31 bei einem Magnethaltering 30 und einem Schieber 40 aus magnetischen Materialien mehr Magnetkraftlinien innenseitig des Zylinderrohres 2, wo viele Magnetkomponenten angeordnet sind, und weniger Magnetkraftlinien in Richtung auf das Zylinderrohr 2. Wenn der Magnethaltering 30 und der Schieber 40 hingegen aus nichtmagnetischen Materialien hergestellt sind, wie in 12(b) gezeigt, erzeugen die Magnete 31 weniger Magnetkraftlinien in Richtung auf die Innenseite des Zylinderrohres 2 und mehr Magnetkraftlinien in dem Zylinderrohr 2. Daher erfasst der Magnetismusdetektor 6 bei einem Magnethaltering 30 und einem Schieber 40 aus nichtmagnetischen Materialien eine größere Anzahl von Magnetkraftlinien und kann daher die Position mit hoher Genauigkeit detektieren. Bei einem Schieber 40 aus magnetischem Material enthalten die von den Magneten 31 in Richtung auf das Zylinderrohr 2 verlaufenden Magnetkraftlinien eine Streuung, die die Genauigkeit der Detektion der Position durch den Magnetismusdetektor 6 herabsetzen kann. Unter diesem Aspekt ist ein Schieber 40 aus einem nichtmagnetischen Material zu bevorzugen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zylinder
- 2
- Zylinderrohr
- 3
- Kolbenstange
- 4, 5
- Hydraulikanschluss
- 6
- Magnetismusdetektor
- 6a, 6b
- Magnetsensor
- 7
- Positionsdetektor
- 8
- Zylinderkopf
- 9
- Zylinderboden
- 10
- Kolben
- 11
- Kolbenventilplatte
- 11H, 11B
- Kolbenventilplatte
- 12
- Kolbenventil
- 12H
- zylinderkopfseitiges Betätigungsteil
- 12B
- zylinderbodenseitiges Betätigungsteil
- 12TH, 12TB
- konisch verjüngter Bereich
- 12A
- Kolbenventilkörper
- 13H
- zylinderkopfseitige Ölkammer
- 13B
- zylinderbodenseitige Ölkammer
- 13, 15, 23, 24, 33
- Durchgriffsöffnung
- 14
- Blindöffnung
- 20
- Halter
- 21, 52
- Nut
- 30
- Magnethaltering
- 31
- Magnet
- 31
- Magnethalter
- 34
- Durchgangsöffnung
- 40
- Schieber
- 50
- Ventilkolben
- 51
- Ventilkolbenhalter
- 100
- Hubpositionssensor
- d
- Spalt
- LH, LB
- Arbeitsfluid
