DE112021005553T5

DE112021005553T5 - Hubmessvorrichtung für Hydraulikzylinder

Info

Publication number: DE112021005553T5
Application number: DE112021005553.4T
Authority: DE
Inventors: Xinchun Chen; Xuemei Zong; Can Wang
Original assignee: Jiang Su Xcmg Construction Machinery Res Institute Ltd; Jiang Su Xcmg Construction Machinery Research Institute Ltd
Current assignee: Jiang Su Xcmg Construction Machinery Res Institute Ltd; Jiang Su Xcmg Construction Machinery Research Institute Ltd
Priority date: 2020-10-22
Filing date: 2021-04-15
Publication date: 2023-08-10
Also published as: CN112268035A; JP2023545311A; US20230392619A1; WO2022083079A1

Abstract

Die Erfindung stellt eine Hubmessvorrichtung für Hydraulikzylinder bereit, die das technische Gebiet von Hubmessung betrifft und eine elektrische Signalumwandlungsvorrichtung (1), ein Lineal (2) und einen Positionsmagnetring (3) umfasst, wobei die elektrische Signalumwandlungsvorrichtung (1) auf der Unterseite des Zylinders (5) angeordnet ist, wobei ein Ende des Lineals (2) fest mit der elektrischen Signalumwandlungsvorrichtung (1) verbunden ist und das andere Ende sich beweglich in die Kolbenstange (6) erstreckt, und wobei der Positionsmagnetring (3) fest an dem Kolben (4) befestigt und beweglich an den Außenumfang des Lineals gesteckt wird. Der Positionsmagnetring (3) kann unterschiedliche Positionen des Lineals (2) betreten und somit unterschiedliche Schaltkreise schließen, wodurch das der Position des Lineals (2) entsprechende Spannungs- oder Stromsignal an die elektrische Signalumwandlungsvorrichtung (1) übertragen wird, so dass die Position des Positionsmagnetrings (3) auf dem Lineal (2) erhalten und somit die Hublänge der Kolbenstange (6) ermittelt wird. Die Erfindung hat einen einfachen Aufbau, ein leichtes Implementieren, einen breiten Anwendungsbereich, eine bequeme Einstellung und eine flexible adaptive Bewegung.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft das technische Gebiet von Hubmessung, insbesondere eine Hubmessvorrichtung für Hydraulikzylinder.
Stand der Technik
Hydraulikzylinder ist ein hydraulischer Aktuator, der hydraulische Energie in mechanische Linearbewegungsenergie umwandelt und eine breite Anwendung in industriellen Bereichen wie Baumaschinen, Werkzeugmaschinen und Schiffsmaschinen findet. Die Hubmessung für Hydraulikzylinder ist die wichtige technische Grundlage für die intelligente Steuerung von Industrieanlagen. In den letzten Jahren bekam die Hubmessung für Hydraulikzylinder eine umfassende Beachtung. Im Stand der Technik bestehen die folgenden Probleme: Erstens: sie ist außerhalb des Hydraulikzylinders angeordnet, lässt sich leicht beschädigen und hat eine schlechte Umgebung; zweitens: die Struktur ist komplex, die Herstellungskosten sind hoch und die Installation ist unbequem; und drittens: die Materialkosten sind hoch, die Montage ist zeitaufwändig und arbeitsintensiv, und die Vibrationsfestigkeit ist schlecht.
Aufgabe der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Hubmessvorrichtung für Hydraulikzylinder bereitzustellen, die in dem Hydraulikzylinder angeordnet ist und eine starke Anpassungsfähigkeit an die Umwelt, einen einfachen Aufbau, ein leichtes Implementieren, niedrige Herstellungskosten und eine starke Vibrationsfestigkeit hat.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die folgende technische Lösung erreicht:

Eine Hubmessvorrichtung für Hydraulikzylinder, mit
einer elektrischen Signalumwandlungsvorrichtung, die auf der Unterseite des Zylinders angeordnet ist,
einem Lineal, das an einem Ende fest mit der elektrischen Signalumwandlungsvorrichtung verbunden ist und sich mit dem anderen Ende beweglich in die Kolbenstange erstreckt, und
einem Positionsmagnetring, der fest an dem Kolben befestigt und beweglich an den Außenumfang des Lineals gesteckt wird,
wobei der Positionsmagnetring unterschiedliche Positionen des Lineals betreten und somit unterschiedliche Schaltkreise schließen kann, wodurch das der Position des Lineals entsprechende Spannungs- oder Stromsignal an die elektrische Signalumwandlungsvorrichtung übertragen wird, so dass die Position des Positionsmagnetrings auf dem Lineal erhalten und somit die Hublänge der Kolbenstange ermittelt wird.

Weiterhin besteht das Lineal aus einem Edelstahlrohr und einer elektromagnetischen Induktionseinrichtung, wobei die elektromagnetische Induktionseinrichtung im Edelstahlrohr angeordnet ist, wobei ein Ende des Edelstahlrohrs am Boden des Zylinders befestigt ist und das andere Ende des Edelstahlrohrs in dem axialen Loch der Kolbenstange aufgenommen ist.
Weiterhin ist das andere Ende des Edelstahlrohrs, das in dem axialen Loch der Kolbenstange aufgenommen ist, geschlossen.
Weiterhin besteht die elektromagnetische Induktionsvorrichtung aus einer Leiterplatte und magnetoresistiven Tunnelsensorchips, wobei die Leiterplatte in dem Edelstahlrohr angeordnet und parallel zur Achslinie des Edelstahlrohrs ist.
Weiterhin ist die Leiterplatte mit Stützelementen versehen, damit sie sich im Edelstahlrohr nicht verbiegt.
Weiterhin sind die Stützelemente elastische Stützringe.
Weiterhin sind die magnetoresistiven Tunnelsensorchips gleich beabstandet in einer Reihe oder mehreren Reihen versetzt oder nur im Hubbereich der Kolbenstange verteilt.
Weiterhin besteht der magnetoresistive Tunnelsensorchip aus einer ersten ferromagnetischen Schicht, einer nichtmagnetischen Isolierschicht und einer zweiten ferromagnetischen Schicht, wobei, wenn die Magnetisierungsrichtungen der ersten und zweiten ferromagnetischen Schicht des magnetoresistiven Tunnelsensorchips unter der Wirkung des Magnetfelds des Positionsmagnetrings parallel sind, der magnetoresistive Tunnelsensorchip in einem Niedrigimpedanzmodus liegt, wobei sich der Schaltkreis in einem geschlossenen Zustand befindet, wodurch der Schaltkreis in der Position des Lineals, in der sich der Positionsmagnetring liegt, geschlossen wird, so dass das der Position des Lineals entsprechende Spannungs- oder Stromsignal an die elektrische Signalumwandlungsvorrichtung übertragen wird.
Weiterhin besteht der Positionsmagnetring aus Magneten und einer Magnetbefestigungsstruktur, wobei die Magnetbefestigungsstruktur an dem Kolben befestigt und mit diesem koaxial ist, und wobei die Magnetbefestigungsstruktur mit dem Lineal koaxial ist und durch den Antrieb des Kolbens axial entlang dem Lineal gleiten kann.
Weiterhin ist die Magnetbefestigungsstruktur ringförmig und die Magnete sind gleichmäßig an dem Umfang der Magnetbefestigungsstruktur verteilt, wobei die Magnetbefestigungsstruktur in dem Kolben befestigt und an das Lineal gesteckt wird.
Die Vorteile der Erfindung sind wie folgt:

Einfacher Aufbau, leichtes Implementieren, breiter Anwendungsbereich, bequeme Einstellung, flexible adaptive Bewegung.

Figurenliste

1 eine Schnittdarstellung der Hubmessvorrichtung und des Hydraulikzylinders der Ausführungsform der Erfindung,
2 eine Darstellung des Linals der Ausführungsform der Erfindung,
3 eine Darstellung der streifenförmigen elektromagnetischen Induktionsvorrichtung der Ausführungsform der Erfindung (1),
4 eine Darstellung der streifenförmigen elektromagnetischen Induktionsvorrichtung der Ausführungsform der Erfindung (2),
5 eine Darstellung der streifenförmigen elektromagnetischen Induktionsvorrichtung der Ausführungsform der Erfindung (3),
6 eine Darstellung des Positionsmagnetrings der Ausführungsform der Erfindung,
7 ein Schaltplan des magnetoelektrischen Prinzips der Hubmessung der Ausführungsform der Erfindung.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben.
Es sei darauf hinzuweisen, dass alle Richtungsangaben (wie oben, unten, links, rechts, vorne, hinten ...) in den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nur verwendet werden, um die relative Beziehung und die Bewegungsbedingung usw. zwischen den verschiedenen Komponenten in einer bestimmten Haltung zu erklären (wie in der Zeichnung gezeigt). Wenn sich die bestimmte Haltung ändern, ändert sich auch die Richtungsanzeige entsprechend. Ferner sind die Begriffe „installiert“, „angeordnet“, „bereitgestellt“, „verbunden“, „angeschlossen“, „ineinander geschoben“ im weiteren Sinne auszulegen. Beispielsweise kann es sich um eine feste Verbindung, eine lösbare Verbindung oder eine einstückige Verbindung handeln; es kann sich um eine mechanische Verbindung oder eine elektrische Verbindung handeln; es kann sich um eine direkte Verbindung oder eine indirekte Verbindung über einen Vermittler handeln; oder es kann sich um eine intere Verbindung von zwei Vorrichtungen, Bauteilen oder Komponenten handeln. Der Durchschnittsfachmann kann die spezifischen Bedeutungen der vorstehenden Begriffe in dieser Anmeldung gemäß spezifischen Situationen verstehen.
1 bis 7 zeigen die Hubmessvorrichtung für Hydraulikzylinder der vorliegenden Erfindung, die eine elektrische Signalumwandlungsvorrichtung 1, ein Lineal 2, einen Positionsmagnetring 3, einen Kolben 4, einen Zylinder 5, eine Kolbenstange 6, ein Edelstahlrohr 7, eine streifenförmige elektromagnetische Induktionsvorrichtung 8, eine streifenförmige Leiterplatte 9, magnetoresistive Tunnelsensorchips 10, Magnete 11 und eine ringförmige Magnetbefestigungsstruktur 12 umfasst.
Die elektrische Signalumwandlungsvorrichtung 1 wird verwendet, um das Spannungs- oder Stromsignal der streifenförmigen elektromagnetischen Induktionsvorrichtung 8 an den Controller zu übertragen und die Hublänge der Kolbenstange 6 zu berechnen und anzuzeigen. Das Lineal 2 besteht aus dem Edelstahlrohr 7 und der streifenförmigen elektromagnetischen Induktionseinrichtung 8. Ein Ende des Lineals 2 ist am Boden des Zylinders 5 befestigt und fest mit der elektrischen Signalumwandlungsvorrichtung 1 verbunden. Das andere Ende des Lineals 2 ist in dem axialen Loch der Kolbenstange 6 aufgenommen. Sein runde Außenumfang liegt an der zylindrischen Innenwand des Positionsmagnetrings 3 und ist mit diesem koaxial.
Der Positionsmagnetring 3 enthält die Magnete 11 und die ringförmige Magnetbefestigungsstruktur 12. Der Positionsmagnetring 3 ist fest an dem Kolben 4 befestigt und mit diesem koaxial. Der Positionsmagnetring 3 ist koaxial zum Lineal 2 und kann durch den Antrieb des Kolbens 4 axial entlang dem Lineal 2 gleiten.
Der Kolben 4, der Zylinder 5 und die Kolbenstange 6 sind die Hauptbestandteile des Hydraulikzylinders. Ein Ende des Edelstahlrohrs 7 ist am Boden des Zylinders 5 befestigt. Das andere Ende des Edelstahlrohrs 7 ist in dem axialen Loch der Kolbenstange 6 aufgenommen. Sein runde Außenumfang liegt an der zylindrischen Innenwand des Positionsmagnetrings 3 und ist mit diesem koaxial. Das Edelstahlrohr 7 ist koaxial zur Kolbenstange 6. Das andere Ende des Edelstahlrohrs 7 ist geschlossen, um zu verhindern, dass das Hydrauliköl in das Edelstahlrohr 7 eintritt. Die streifenförmige elektromagnetische Induktionsvorrichtung 8 besteht aus der streifenförmigen Leiterplatte 9 und den magnetoresistiven Tunnelsensorchips 10. Die streifenförmige elektromagnetische Induktionsvorrichtung 8 ist in dem Edelstahlrohr 7 angeordnet und parallel zur Achslinie des Edelstahlrohrs 7. Die streifenförmige elektromagnetische Induktionseinrichtung 8 ist gleich beabstandet (< 200 mm) mit elastischen Stützringen versehen, damit sie sich im Edelstahlrohr 7 nicht verbiegt. Die streifenförmige Leiterplatte 9 ist in dem Edelstahlrohr 7 angeordnet und darauf sind die magnetoresistiven Tunnelsensorchips 10 platziert. Die magnetoresistiven Tunnelsensorchips 10 können in gleichen Abständen in einer Reihe verteilt sein. Zur Erhöhung der Messgenauigkeit können mehrere Reihen versetzt und gleich beabstandet vorgesehen. Um die Kosten zu sparen, ist auch eine nicht gleich beabstandete Verteilung möglich, d.h. die gleich beabstandete Verteilung befindet sich nur im Hubbereich der Kolbenstang 6. Der magnetoresistive Tunnelsensorchip 10 ist eine Sandwichstruktur aus einer ersten ferromagnetischen Schicht, einer nichtmagnetischen Isolierschicht und einer zweiten ferromagnetischen Schicht. Wenn die Magnetisierungsrichtungen der ferromagnetischen Schichten des magnetoresistiven Tunnelsensorchips 10 unter der Wirkung eines externen Magnetfelds parallel sind, liegt der magnetoresistive Tunnelsensorchip 10 in einem Niedrigimpedanzmodus, wobei sich der Schaltkreis in einem geschlossenen Zustand befindet. Andernfalls befindet sich der Schaltkreis in einem nicht geschlossenen Zustand. Unter der Wirkung des Positionsmagnetrings 3 bringt der magnetoresistive Tunnelsensorchip 10 den Schaltkreis in den geschlossenen Zustand, wodurch der Schaltkreis in der Position des Lineals 2, in der sich der Positionsmagnetring 3 befindet, geschlossen wird, so dass das der Position des Lineals entsprechende Spannungs- oder Stromsignal an die elektrische Signalumwandlungsvorrichtung 1 übertragen wird. Die Magnete 11 sind gleichmäßig auf der ringförmigen Magnetbefestigungsstruktur 12 angeordnet. In dem Raum der zylindrischen Innenwand des Positionsmagnetrings 3 sind axiale magnetische Feldlinien gebildet. Die ringförmige Magnetbefestigungsstruktur 12 hat die Form eines Rings, an dessen Umfang die Magnete 11 gleichmäßig verteilt sind. Sie ist in dem Kolben 4 befestigt und an das Lineal 2 gesteckt.
Im tatsächlichen Gebrauch kann der Positionsmagnetring 3 die Positionen der unterschiedlichen magnetoresistiven Tunnelsensorchips 10 des Lineals 2 betreten und somit unterschiedliche Schaltkreise schließen. Das der Position des Lineals 2 entsprechende Spannungs- oder Stromsignal wird an die elektrische Signalumwandlungsvorrichtung 1 übertragen, um die Position des Positionsmagnetrings 3 auf dem Lineal 2 zu erhalten und somit die Hublänge der Kolbenstange 6 zu ermitteln.
Bei der Berechnung der Spannung oder des Stroms, wie in 7 gezeigt, wird die externe Spannung VCC angeschlossen und die Widerstände in der Schaltung werden als R1, R2, R3 und R4 eingestellt. Wenn der R1 entsprechende magnetoresistive Tunnelsensorchip 10 unter der Wirkung des Positionsmagnetrings 3 angeschaltet wird, ist der Widerstand in der Schaltung R = R1 + R2 + R3 + R4. Wenn der R2 entsprechende magnetoresistive Tunnelsensorchip 10 unter der Wirkung des Positionsmagnetrings 3 angeschaltet wird, ist der Widerstand in der Schaltung R = R2 + R3 + R4. Wenn der R3 entsprechende magnetoresistive Tunnelsensorchip 10 unter der Wirkung des Positionsmagnetrings 3 angeschaltet wird, ist der Widerstand in der Schaltung R = R3 + R4. Wenn der R4 entsprechende magnetoresistive Tunnelsensorchip 10 unter der Wirkung des Positionsmagnetrings 3 angeschaltet wird, ist der Widerstand in der Schaltung R = R4. Auf diese Weise werden die Spannungs- oder Stromsignale des Positionsmagnetrings 3 in den Positionen der unterschiedlichen magnetoresistiven Tunnelsensorchips 10 erhalten, so dass die Messung der Hublänge der Kolbenstange 6 realisiert wird.
Die bevorzugte Implementierung der vorliegenden Erfindung wurde oben im Detail beschrieben. Natürlich kann die vorliegende Erfindung auch andere Ausführungsformen als die obige Ausführungsform annehmen. Fachleute in diesem Gebiet können äquivalente Modifikationen oder Änderungen vornehmen, ohne den Geist der Erfindung zu verletzen. Jegliche Änderungen sollten in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung fallen.

Claims

Hubmessvorrichtung für Hydraulikzylinder, mit einer elektrischen Signalumwandlungsvorrichtung (1), die auf der Unterseite des Zylinders (5) angeordnet ist, einem Lineal (2), das an einem Ende fest mit der elektrischen Signalumwandlungsvorrichtung (1) verbunden ist und sich mit dem anderen Ende beweglich in die Kolbenstange (6) erstreckt, und einem Positionsmagnetring (3), der fest an dem Kolben (4) befestigt und beweglich an den Außenumfang des Lineals gesteckt wird, wobei der Positionsmagnetring (3) unterschiedliche Positionen des Lineals (2) betreten und somit unterschiedliche Schaltkreise schließen kann, wodurch das der Position des Lineals (2) entsprechende Spannungs- oder Stromsignal an die elektrische Signalumwandlungsvorrichtung (1) übertragen wird, so dass die Position des Positionsmagnetrings (3) auf dem Lineal (2) erhalten und somit die Hublänge der Kolbenstange (6) ermittelt wird.
Hubmessvorrichtung für Hydraulikzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lineal (2) aus einem Edelstahlrohr (7) und einer elektromagnetischen Induktionseinrichtung (8) besteht, wobei die elektromagnetische Induktionseinrichtung (8) im Edelstahlrohr (7) angeordnet ist, wobei ein Ende des Edelstahlrohrs (7) am Boden des Zylinders (5) befestigt ist und das andere Ende des Edelstahlrohrs (7) in dem axialen Loch der Kolbenstange (6) aufgenommen ist.
Hubmessvorrichtung für Hydraulikzylinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das andere Ende des Edelstahlrohrs (7), das in dem axialen Loch der Kolbenstange (6) aufgenommen ist, geschlossen ist.
Hubmessvorrichtung für Hydraulikzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Induktionsvorrichtung (8) aus einer Leiterplatte (9) und magnetoresistiven Tunnelsensorchips (10) besteht, wobei die Leiterplatte (9) in dem Edelstahlrohr (7) angeordnet und parallel zur Achslinie des Edelstahlrohrs (7) ist.
Hubmessvorrichtung für Hydraulikzylinder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (9) mit Stützelementen versehen ist, damit sie sich im Edelstahlrohr (7) nicht verbiegt.
Hubmessvorrichtung für Hydraulikzylinder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente elastische Stützringe sind.
Hubmessvorrichtung für Hydraulikzylinder nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetoresistiven Tunnelsensorchips (10) gleich beabstandet in einer Reihe oder mehreren Reihen versetzt oder nur im Hubbereich der Kolbenstange verteilt sind.
Hubmessvorrichtung für Hydraulikzylinder nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetoresistive Tunnelsensorchip (10) aus einer ersten ferromagnetischen Schicht, einer nichtmagnetischen Isolierschicht und einer zweiten ferromagnetischen Schicht besteht, wobei, wenn die Magnetisierungsrichtungen der ersten und zweiten ferromagnetischen Schicht des magnetoresistiven Tunnelsensorchips (10) unter der Wirkung des Magnetfelds des Positionsmagnetrings (3) parallel sind, der magnetoresistive Tunnelsensorchip (10) in einem Niedrigimpedanzmodus liegt, wobei sich der Schaltkreis in einem geschlossenen Zustand befindet, wodurch der Schaltkreis in der Position des Lineals (2), in der der Positionsmagnetring (3) liegt, geschlossen wird, so dass das der Position des Lineals entsprechende Spannungs- oder Stromsignal an die elektrische Signalumwandlungsvorrichtung (1) übertragen wird.
Hubmessvorrichtung für Hydraulikzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionsmagnetring (3) aus Magneten (11) und einer Magnetbefestigungsstruktur (12) besteht, wobei die Magnetbefestigungsstruktur (12) an dem Kolben befestigt und mit diesem koaxial ist, und wobei die Magnetbefestigungsstruktur (12) mit dem Lineal (2) koaxial ist und durch den Antrieb des Kolbens (4) axial entlang dem Lineal (2) gleiten kann.
Hubmessvorrichtung für Hydraulikzylinder nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetbefestigungsstruktur (12) ringförmig ist und die Magnete (11) gleichmäßig an dem Umfang der Magnetbefestigungsstruktur (12) verteilt sind, wobei die Magnetbefestigungsstruktur (12) in dem Kolben (4) befestigt und an das Lineal (2) gesteckt wird.