DE19500137A1 - Druckmittelbetätigte Zylinder-Kolben-Anordnung mit einem Magnetfeldsensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine druckmittelbetätigte Zylinder- Kolben-Anordnung mit einem Permanentmagneten am Kolbenumfang und einem Magnetfeldsensor am Zylinder zur Abfrage eines Weg­ signales.

Es ist bekannt, bei Zylinder-Kolben-Anordnungen Einrichtungen vorzusehen, die es zulassen, daß ein Wegsignal abgefragt wird. Einrichtungen dieser Art umfassen einen Permanentmagneten, der vom Kolben getragen wird und auf der Außenseite des Zylinder­ rohres einen Sensor, zum Beispiel einen Schutzrohrkontakt bzw. einen Reed-Schalter, besitzt.

Vorrichtungen dieser Art finden vor allem bei Pneumatik­ zylindern Anwendung. Die bei der Pneumatik vorherrschenden relativ geringen Drücke erlauben für das Zylinderrohr geringe Wandstärken und außerdem auch die Verwendung von Werkstoffen, wie zum Beispiel Aluminium oder auch Messing, die für das Magnetfeld durchlässig sind, so daß der Sensor auf das Magnet­ feld ansprechen kann. Anordnungen dieser Art können beispiels­ weise an den Endlagen angeordnet werden oder auch an belie­ bigen Wegpunkten.

Die Anwendung dieser bekannten Technik bei Zylinder-Kolben- Anordnungen, die mit verhältnismäßig hohen Drücken beaufschlagt werden, wie dies bei hydraulischen Anordnungen der Fall ist, ergibt keine befriedigenden Ergebnisse. Die Zylinder sind aus ausreichend dickwandigen Stahlrohren gefertigt, die in der Regel magnetisch leitend sind. Auch wenn das Magnetfeld nach außen dringt, ergeben sich verhältnismäßig lange Schaltwege. Diese relativ langen Schaltwege sind dadurch bedingt, daß die verwendeten Permanentmagnete in radialer Richtung bezüglich der Mittelachse des Zylinders magnetisiert sind. Die Abmessungen der Permanentmagnete können dabei nicht beliebig reduziert werden, da für die Erzeugung eines genügend starken Magnet­ feldes eine ausreichende Masse erforderlich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei druckmittel­ betätigten Zylinder-Kolben-Anordnungen der eingangs beschrie­ benen Gattung Maßnahmen zu treffen, die es erlauben, auch bei verhältnismäßig starkwandigen Zylindern bzw. höheren Drücken ein ausreichend genaues Wegsignal abzufragen.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von der Zylinder-Kolben-Anordnung der eingangs angegebenen Gattung.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß der Permanentmagnet in Achsrichtung der Zylinder-Kolben-Anordnung magnetisiert ist und daß in dem magnetisch leitenden Zylinder eine Ausnehmung für eine Buchse aus magnetisch nicht leitendem Werkstoff angeordnet ist, die den Magnetfeldsensor aufnimmt.

Die Magnetisierung in Achsrichtung hat nun offenbar zur Folge, daß bei der Anordnung innerhalb eines magnetisch leitenden Zylinders das Magnetfeld seinen magnetischen Schluß im Zylin­ derrohr findet. Auf der Außenseite kann in der Regel kein oder nur ein sehr geringes Magnetfeld ermittelt werden. Wenn nun in dem magnetisch leitenden Zylinder eine Ausnehmung für eine Buchse aus magnetisch nicht leitendem Werkstoff angeordnet wird, die den Magnetfeldsensor aufnimmt, dann wird sich er­ geben, daß im Bereich der Buchse bzw. der Ausnehmung, die die Buchse aufnimmt, das Magnetfeld nach außen streut und dieses Magnetfeld dann vom Sensor ermittelt werden kann. Da diese Streuung im wesentlichen erst dann zustande kommt, wenn die vordere und die rückwärtige Polfläche des Permanentmagneten sich im Bereich der Ausnehmung bzw. der Buchse befindet, ist der Schaltweg verhältnismäßig klein, so daß genaue Signale erhalten werden können.

In weiterer Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Permanentmagnet eine Ringform aufweist. Eine solche Ring­ form hat den Vorteil, daß trotz geringer axialer Abmessungen des Permanentmagneten eine ausreichende Masse untergebracht werden kann. Der wesentliche Vorteil besteht aber darin, daß das Wegsignal unabhängig wird von der Stellung des Kolbens oder der Kolbenstange im Zylinder. Auch bei einer verdrehten Kolben­ stange wird immer das gleiche Signal erhalten. Dies erleichtert wesentlich die Montage und läßt die Anwendung der erfindungs­ gemäßen Zylinder-Kolben-Anordnung auch dann zu, wenn der Kolben bei der normalen Betätigung Drehbewegungen ausführt.

Günstig ist es, wenn der ringförmige Permanentmagnet in einer Ringnut des Kolbens angeordnet ist. Dabei empfiehlt es sich, daß die Ringnut zusätzlich zum Permanentmagneten noch Ring­ scheiben aufnimmt. Mittels dieser Ringscheiben kann die Lage des Permanentmagneten justiert werden. Die Ringscheiben können dabei aus magnetisch leitendem oder auch aus magnetisch nicht leitendem Material bestehen, wobei die Verwendung magnetisch nicht leitenden Materials zu bevorzugen ist, weil hierdurch der Schaltweg minimiert wird.

Es ist von Vorteil, wenn der Außendurchmesser des Permanent­ magneten geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser des Zylinders. Dies stellt sicher, daß der Permanentmagnet nicht mit der Innenwandung des Zylinders in Berührung kommt, so daß ein Verschleiß am Permanentmagneten verhindert wird. Der da­ durch bedingte etwas größere Abstand vom Magnetfeldsensor ergibt keine nennenswerte Nachteile.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Buchse insbesondere aus austenitischen Stahl besteht und in die Ausnehmung eingeschweißt ist und in einer Sack­ bohrung den Sensor aufnimmt. Es ist klar, daß in besonderen Fällen anstelle der Schweißung auch eine Hartlötung ausreichend sein kann. Durch die eingeschweißte Buchse und die Sackbohrung in der Buchse ist der Innenraum des Zylinders vom Sensor ab­ getrennt. Der Sensor kann leicht ausgewechselt werden.

Von Vorteil ist es, wenn das Innenende der Buchse zusammen mit der Innenfläche des Zylinders bearbeitet ist. Dieses Vorgehen stellt sicher, daß trotz der eingesetzten Buchse die Innen­ fläche des Zylinders völlig glatt ist, so daß keine zusätz­ lichen Beanspruchungen für die Dichtungen entstehen.

Die Erfindung schlägt ferner vor, daß der Kolben aus magnetisch nicht oder wenig leitendem Werkstoff besteht. Durch diesen Vor­ schlag soll vermieden werden, daß der Permanentmagnet im Kolben seinen magnetischen Rückschluß findet, wodurch das Magnetfeld in der Ausnehmung bzw. in der Buchse verringert würde. Dabei wurde gefunden, daß eine geringe magnetische Leitfähigkeit für den Werkstoff des Kolbens mindestens nicht nachteilig ist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungs­ gemäßen Zylinder-Kolben-Anordnung schematisch dargestellt.

Die Zylinder-Kolben-Anordnung 1 besteht im wesentlichen aus dem Zylinder 10, dem Kolben 11 und der Kolbenstange 12. Der Zylinder ist auf der einen Seite durch den Deckel 13 ver­ schlossen, der auch die Anschlußleitung 14 trägt. Auf der anderen Seite ist die Kolbenstangenführung 15 vorgesehen, die vom Verschlußring 16 gehalten ist. Der zweite Hydraulikanschluß ist mit 17 bezeichnet.

In der Wandung des Zylinders 10 ist eine Ausnehmung 20 vor­ gesehen, in der die Buchse 21 eingesetzt bzw. eingeschweißt ist. Diese Buchse 21 nimmt in der Sackbohrung 22 den Magnet­ feldsensor 2 auf, dessen Anschlüsse mit 23 bezeichnet sind. Der Magnetfeldsensor kann beispielsweise ein Reed-Schalter sein, der in einem Schutzrohr untergebracht ist. Besser ist es jedoch, einen Magnetfeldsensor vorzusehen, der insbesondere keine beweglichen Teile aufweist und zum Beispiel auf induk­ tivem Wege das Magnetfeld ermittelt und das entsprechende Signal abgibt.

Der Kolben 11 besteht im wesentlichen aus den beiden Teilen 18 und 19. Die Teile 18 und 19 sind auf dem Gewindezapfen 30 der Kolbenstange 12 gehalten. Durch die zweiteilige Ausbildung des Kolbens 11 kann in die Ringnut 31 des Teiles 19 der ringförmige Permanentmagnet 3 eingeschoben werden. Beidseitig des Perma­ nentmagneten 3 sind die Ringscheiben 32 und 33 angeordnet. Der Permanentmagnet 3 ist parallel zur Mittelachse 39 der Zylinder- Kolben-Anordnung 1 magnetisiert. Beispielsweise zeigt der Nord­ pol in Richtung der Kolbenstangenführung 15, der Südpol dagegen in Richtung des Deckels 13.

In weiteren Ringnuten 34 und 35 sind, wie an sich bekannt, die Kolbendichtungen 36 und 37 angeordnet.

In der gezeigten Stellung des Kolbens 11 ist der Permanent­ magnet 3 bezüglich der Ausnehmung 20 derart angeordnet, daß sich dieser Permanentmagnet an einer Stelle ganz innerhalb der Grenzen der Ausnehmung 20 befindet, die die Buchse 21 aufnimmt. Auf diese Weise wird das Magnetfeld des Permanentmagneten den Sensor 2 erreichen, so daß ein Wegsignal erhalten wird. Die Distanz "s" gibt ungefähr an, wie groß der Schaltweg ist. Dabei ist es gleichgültig, ob sich der Kolben von der einen oder von der anderen Richtung auf die Ausnehmung zubewegt.

Die jetzt mit der Anmeldung und später eingereichten Ansprüche sind Versuche zur Formulierung ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Schutzes.

Die in den abhängigen Ansprüchen angeführten Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Haupt­ anspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin. Jedoch sind diese nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.

Merkmale, die bislang nur in der Beschreibung offenbart wurden, können im Laufe des Verfahrens als von erfindungswesentlicher Bedeutung, zum Beispiel zur Abgrenzung vom Stand der Technik beansprucht werden.

Claims (8)

1. Druckmittelbetätigte Zylinder-Kolben-Anordnung mit einem Permanentmagneten am Kolbenumfang und einem Magnetfeld­ sensor am Zylinder zur Abfrage eines Wegsignales, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (3) in Achs­ richtung der Zylinder-Kolben-Anordnung (1) magnetisiert ist und daß in dem magnetisch leitenden Zylinder (10) eine Ausnehmung (20) für eine Buchse (21) aus einem magnetisch nicht leitenden Werkstoff angeordnet ist, die den Magnetfeldsensor (2) aufnimmt.

2. Zylinder-Kolben-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Permanentmagnet (3) eine Ringform aufweist.

3. Zylinder-Kolben-Anordnung nach einem oder beiden der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Permanentmagnet (3) in einer Ringnut (31) des Kolbens (11) angeordnet ist.

4. Zylinder-Kolben-Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut (31) zusätzlich zum Permanentmagneten (3) Ring­ scheiben (32, 33) aufnimmt.

5. Zylinder-Kolben-Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Permanentmagneten (3) geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser des Zylinders (10).

6. Zylinder-Kolben-Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (21) insbesondere aus austenitischem Stahl besteht und in die Ausnehmung (20) eingeschweißt ist und in einer Sackbohrung (22) den Sensor (2) aufnimmt.

7. Zylinder-Kolben-Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenende der Buchse (21) zusammen mit der Innenfläche des Zylinders (10) bearbeitet ist.

8. Zylinder-Kolben-Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (11) aus magnetisch nicht oder wenig leitendem Werkstoff besteht.