DE19537878A1

DE19537878A1 - Doppeldichtung

Info

Publication number: DE19537878A1
Application number: DE19537878A
Authority: DE
Inventors: Wayne W Lark; Denny R Morgan; James R Turba
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1994-10-11
Filing date: 1995-10-11
Publication date: 1996-04-18
Also published as: JPH08125375A; US5540137A

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf das Abfühlen der Position einer Kolben- und Stangenkombination in einem Hydraulikzylinder, unter Verwendung von elektromagnetischen Wellen im Hydraulikströmungsmittel im Zylinder, und insbesondere auf elektrisches Kontaktieren im Zylinder und die Verhinderung von Leckage der elektromagnetischen Wellen an Stellen, an denen bewegliche Teile sind.

Hintergrund und Bezug auf Stand der Technik

Hydraulikzylinder- und -kolbenkombination werden vermehrt in Gebieten verwendet, die das Bewegen und Positionieren von Material und Objekten einschließen. Mit der Weiterentwicklung von Anwendungen von Hydraulikzylinder und -kolbenkombinationen ergeben sich strengere Betriebskriterien und eine Notwendigkeit hat sich entwickelt, präzis, verläßlich und kontinuierlich die Position des Kolbens und seiner damit in Beziehung stehenden Versetzungsparametern Geschwindigkeit und Beschleunigung abzufühlen.

Eine vielversprechender, sich in der Technik entwickelnder Ansatz setzt die Verwendung von elektromagnetischen Wellen im Hydraulikströmungsmittel im Zylinder zum Bestimmen der Kolbenposition ein. Gemäß einem Aspekt dieses Ansatzes ist die Wellenleistung im Strömungsmittel im Zylinder vergleichbar zur Wellenleistung in einer Übertragungsleitung mit abgeschlossenen bzw. kurzgeschlossenen Enden, in der die Resonanzfrequenz einer elektromagnetischen stehenden Welle direkt mit der Übertragungsleitungslänge korreliert bzw. übereinstimmt, wenn die Länge des Innenraums des Zylinders zwischen dem Ende und dem Kolben als der Hohlraum angesehen wird und das Ende und der Kolben als die kurzgeschlossenen Enden der Übertragungsleitung angesehen werden.

Eine Anwendung der Verwendung von elektromagnetischen Wellen zum Kolbenpositionsabfühlen ist in US-4.588.953 gezeigt, bei dem die Frequenz von elektromagnetischen Wellen, die in dem Zylinder zwischen dem kurzgeschlossenen Ende des Zylinders und dem Kolben eingeführt werden, zwischen zwei Grenzen schwingt bzw. streicht, wobei die Frequenz der detektierten Resonanzspitze die Kolbenposition anzeigt.

In US-4.737.705 wird eine Verbesserung erreicht durch das Vorsehen eines koaxialen Resonanzhohlraums, der ein Hohlraum mit einem zentralen Kernglied ist, und in dem die elektromagnetischen Wellen losgelassen bzw. gestartet werden und in dem Modus weitergeleitet bzw. propagiert werden, auf den als der Transversal-Elektromagnetwellen-Modus (TEM = Transversal Electromagnetic wave Mode) Bezug genommen wird. Der Zylinder der Stangenseite des Kolbens ist eine Bauart mit koaxialem Hohlraum.

In US-5.182.979 wird eine weitere Verbesserung erreicht durch das Detektieren bzw. Ermitteln der Resonanzfrequenzwerte in Signalverarbeitungsabschnitten zum Übermitteln bzw. Übertragen und Empfangen, wobei davon der zum Empfangen verwendete Abschnitt Unterschiede an Einlaß- bzw. Einbringungsverlusten bzw. -dämpfung kompensiert, wenn die lineare Ausdehnung des Kolbens und der Stange im Zylinder stattfindet.

So wie sich der Fortschritt in der Technik entwickelt, wird größere Präzision bei der Resonanzfrequenzdetektion bzw. -ermittlung gesucht. Es wird wichtig, den Kurzschluß- bzw. Abschlußaspekt des Kolbens und des Zylinderendes als Enden einer Übertragungsleitung zu verbessern, und Leckage der elektromagnetischen Wellen vom Zylinder zu verhindern.

In US-5.222.449 wird das Problem der Elektromagnetwellenleckage vom bzw. aus dem Zylinder erkannt und eine Dichtungsstruktur, die aus einem Spaltring über einem Expansionsglied hergestellt ist, und zwar in einer Nut des Kolbens positioniert, wird beschrieben.

Zusammenfassung der Erfindung

Ein verbessertes Kontaktierungssystem für Elektromagnetwellenhohlraumterminierung ist vorgesehen zur Verwendung in einem Hydraulikzylinder-Elektomagnetwellen- Kolbenpositionsabfühlsystem. Zwei Federglieder, die in sich geschlossene bzw. Ringhalte- und geneigte Schraubenfederfunktionen besitzen, sind jede bzw. jeweils Seite an Seite in einer Nut positioniert und sind im direkten Kontakt über den Schnitt- bzw. Berührpunkt zwischen den Teilen, die sich in Bezug aufeinander bewegen, und die elektrisch Teile des kurzgeschlossenen Endes des Hohlraums sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Querschnitt von zwei geneigten in sich geschlossenen Halteringschraubenfedergliedern, die in einer Nut gehalten werden, und zwar im direkten Kontakt über einen Schnittpunkt von Teilen, die sich im Bezug aufeinander bewegen.

Fig. 2 ist eine schematische Seitenansicht im Querschnitt entlang der Linie 2-2 der Fig. 1.

Fig. 3 ist ein schematischer Querschnitt der Erfindung von sowohl dem Kopf, der die Stange umgibt, als auch dem Kolben in einem Hydraulikzylinder.

Beschreibung der Erfindung

Beim elektromagnetischen Abfühlen der Position der Kolben- und Stangenkombination in einem Hydraulikzylinder dient der Zylinder als Elektromagnetwellenhohlraum und in Anwesenheit eines Frequenzbandes, welches beispielsweise von 50 Megahertz (MHz) bis 1,6 Gigahertz (GHz) sein kann, wird eine stehende elektromagnetische Welle im hydraulischen Strömungsmittel aufgestellt bzw. aufgebaut, wobei die Kolbenposition durch Frequenzresonanzen bestimmt wird, die direkt mit der Länge des Hohlraums in Beziehung stehen, die der Abstand vom Ende des Zylinders zum Kolben ist.

In einem elektrischen Sinne kann der Hohlraum als eine Übertragungsleitung mit abgeschlossenen Enden angesehen werden. Jedoch im Falle eines Kolbens und einer Stange in einem Hydraulikzylinder, umfaßt das "Ende", das ein Kurzschluß sein soll, einen Schnitt- bzw. eine Berührpunkt zwischen mechanischen Teilen, die sich in Bezug aufeinander bewegen können. Jede Variation bzw. Veränderung von elektrischen Parametern am Schnitt- bzw. Berührpunkt resultiert in Rauschen, das die Fähigkeit beeinflussen kann, präzis die Resonanzfrequenzen zu bestimmen, und jegliche Leckage verschlechtert die Wellenzustände bzw. Wellenbedingungen in dem Hohlraum. Gemäß der Erfindung wird eine Verbesserung an Elektromagnetwellenhohlraumterminierung für ein Hydraulikzylinder-Elektromagnetwellen- Kolbenpositionsabfühlsystem erreicht durch Vorsehen als ein Kontakt zwischen den beweglichen Teilen, die elektrisch Teil des abgeschlossenen Endes des Hohlraums sind, einer einfachen und verläßlichen Struktur von zwei Seite an Seite liegenden Federgliedern, die in sich geschlossene Ringhaltefederfunktionen und geneigte Windungsfunktionen besitzen, und die jeweils in einer Nut gehalten werden.

Mit Bezug auf Fig. 1 ist ein Querschnitt des elektrischen Kontaktgliedes der Erfindung vorgesehen und zwar in Position über dem Schnittpunkt von Teilen, die sich mit Bezug aufeinander bewegen, und die Teile der Terminierung bzw. des Abschlusses des Hohlraums sind.

In Fig. 1, an einem Schnittpunkt 1 zwischen einem ersten Teil 2 und einem zweiten Teil 3 sind die Teile 2 und 3 beweglich mit Bezug aufeinander, wie der Fall sein würde, wenn ein Teil der Kolben oder die Stange sein sollte, und der andere Teil der Zylinder oder Kopf sein sollte. Erste und zweite, in einer Nut gehaltene, Ringhalte- geneigte Windungsfedern 4 und 5 sind in Nuten 6 bzw. 7 positioniert. Die Nuten können jegliche Form haben, die die Feder unterstützt bzw. trägt, Kontakt sicherstellt und eine Tiefe besitzt, so daß die Federwindung sich über die Oberfläche des Teils 2 hinaus erstreckt und in Kontakt mit der Oberfläche 9 des Teils 3 steht. Eine Nut wie beispielsweise die veranschaulichte V-Form ist zufriedenstellend. Die Neigungsfunktion der Federn 4 und 5 sorgt für stetigen bzw. gleichmäßigen Kontaktdruck und zwar konzentriert auf die Tangentialteile der jeweiligen Windungskurven 10 und 11. Die Federn besitzen eine Ringhaltebauartfunktion, die im wesentlichen eine Umfangstrukturform ist mit einer Länge, so daß sie den Umfang des Kolbens oder der Stange umringt, sich selbst in der Nut durch Ausdehnung oder Kompression hält, während die Länge so ist, daß die Teile 2 und 3, wenn sie in Position sind, bewirken, daß sich die Federwindungen hinüberbiegen oder geneigt werden. Die Merkmale der Windungen können weiter in Fig. 2 gesehen werden, die eine schematische Seitenansicht im Querschnitt ist, und zwar entlang der Linie 2-2 der Fig. 1 eines Teils des Schnittpunktes zwischen den Teilen 2 und 3 entlang der Windung 4 und zwar unter Verwendung der gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1. In Fig. 2 sind die Tiefe der Nut 6, der Raum bzw. die Beabstandung beim Schnittpunkt 1 und die Höhe der Windungen so in Bezug, daß die Windungen in einem geneigten Winkel sind, und zwar wie durch die Neigung der einzelnen Windungssegmente bzw. -teile in der Fig. 2 abgebildet ist. Die Schrauben bzw. Windungen sind ein kommerzielles Produkt, und ein Hersteller ist die Balseal Corporation, Santa Ana, Kalifornien. Ein Windungsdurchmesser von 3 Millimetern und mit einem Drahtdurchmesser von 0,254 mm bis 0,3556 mm (0,010 bis 0,014 Inch), rostfreier Stahl oder Berylliumkupfer ist zufriedenstellend.

Im Betrieb kann in einem Hydraulikzylinder die Kontinuität gestört bzw. unterbrochen werden und die elektromagnetische Energie kann am Schnittpunkt des Kolbens und der Zylinderwand herauslecken und in Zylindern, wo bzw. in denen die Stangenseite des Kolbens als ein Hohlraum der Koaxialbauart verwendet wird, kann eine Kontinuitätstörung und Leckage auch am Schnittpunkt der Stange und des Kopfes auftreten, durch den die Stange durchgeht. Zwei Schnittpunkte sind jeweils von der Bauart wie in Verbindung mit den Fig. 1 und 2 verdeutlicht und besprochen, und sind zusammen im Querschnitt und der Kontaktierung bzw. der Kontaktvorrichtung der Erfindung in Fig. 3 verdeutlicht und zwar unter Verwendung der gleichen Bezugszeichen.

Mit Bezug auf Fig. 3 bewegt sich in einem Zylinder 20 ein Kolben 21 mit einer daran angebrachten Stange 22 in jeder Richtung, wie vom doppelköpfigen Pfeil angezeigt, und zwar unter Einfluß von Strömungsmitteldruck gegen den Kolben 21. Die Hohlräume, von denen nur einer gezeigt ist, die vom Kolben, den Enden des Zylinders und der Zylinderwand gebildet werden, sind zur Kolbenpositionsbestimmung mit elektromagnetischen Wellen verwendbar. Bei der Bestimmung stehen die Resonanzfrequenzen im direkten Bezug zur Länge eines Übertragungsleitungshohlraums mit abgeschlossenen Enden, wobei im Hydraulikzylinder der Kolben und der Kopf die Enden sind, die abgeschlossen werden müssen.

Es ist offensichtlich, daß die Leistung des Positionsbestimmungssystems in direktem Bezug zur Qualität der elektrischen Kontinuität beim Abschließen der Enden steht. Dabei ist ein Ende die Stirnfläche 23 des Kolbens 21 und das andere die Stirnfläche 24 des Kopfes 25. Die Schnittpunkte zwischen der Wand des Zylinders 20 und dem Kolben 21 um den Umfang des Kolbens 21 ist ein Gebiet von potentieller elektrischer Diskontinuität und von Leckage. Am Schnittpunkt zwischen dem Kopf 25 und der Stange 22 um den Umfang der Stange 22 ist ein zweites Gebiet von potentieller elektrischer Diskontinuität und Leckage.

Die Schnittpunkte, die die Gebiete von potentieller elektrischer Diskontinuität und Leckage bilden, sind in verschiedenen Teilen der Gesamtstruktur und stellen verschiedene Probleme in der Anordnung bzw. bei der Montage dar, die auf Verfahren und die Auswahl der Teile Einfluß nehmen. Zuvor wurde in der Technik eine geneigte Schraubenfeder verwendet und zwar als ein Expansionsglied unter einem festen Kontaktglied. Die Einfachheit und Zuverlässigkeit von zwei geneigten Schrauben bzw. Windungskontakten der Fig. 1 und 2 ist von Vorteil in einer Anordnung, in der bevor der Kolben und die Stange in den Zylinder und Kopf eingesetzt werden, die Windungen gerade in die Nuten eingelegt bzw. in ihnen plaziert werden und sich selbst während anderer Arbeitsgänge während der Montage am Platz halten. Gemäß der Erfindung, wie in den Fig. 1 und 2 verdeutlicht, dient die geneigte Windungskurve selbst als der Kontakt, wobei die Federkraft durch die Biegung am tangentialen Kontaktpunkt mit dem Teil auf der anderen Seite des Schnittpunktes konzentriert ist. Die zwei Ringhalte- und vorgespannten bzw. abgekanteten Windungsfedern sehen Kontaktpunkte vor und zwar an jedem Umlauf bzw. jeder Kurve der Windung ganz um den Umfang des Teiles, des Kolbens und der Stange. Die daraus folgende Menge und Verteilung von Kontaktpunkten verringert drastisch das Rauschen im System.

Es sei weiter bemerkt, daß der Zweck der Erfindung eher in elektrischer Kontinuität liegt, als darin, das Öl zu halten. In Hydrauliksystemen gibt es nicht gezeigte Ölleckagesteuer- bzw. Kontrollmechanismen.

Was beschrieben worden ist, sieht verbesserte Kontinuität vor beim Kurzschließen bzw. Abschließen der Enden des Hohlraums innerhalb eines Hydraulikzylinders, der Elektromagnetwellen- Kolbenpositionsabfühlung einsetzt, wodurch die Leckage und Rauschen reduziert wird.

Andere Aspekte der Erfindung können aus einem Studium der Zeichnungen, dieser Offenbarung und den Ansprüchen erhalten werden.

Zusammenfassend kann man folgendes sagen:
Eine Kontakt- und Dichtungsstruktur für elektrische Kontinuität, Rauschreduzierung und Leckagereduzierung zwischen Teilen, die sich im Bezug aufeinander bewegen und zwar an den Enden des Hohlraums innerhalb eines Hydraulikzylinders, der Elektromagnetwellenpositionsabfühlung einsetzt, ist vorgesehen durch den Einsatz von zwei Federn mit Ringhalte- und geneigten Schraubenfederfunktionen, die in Seite an Seite liegenden Nuten in einem der Teile gehalten werden, so daß die Federwindungen sich direkt über dem Schnittpunkt der Teile erstrecken.

Claims

1. Hydraulikzylinder-Elektromagnetwellen- Kolbenpositionsabfühlsystem, das folgendes aufweist:
Einen elektrischen Kontakt über einen Schnittpunkt zwischen erstem und zweiten in Kontakt stehenden Metallteilen in beweglicher Beziehung,
wobei der Kontakt erste und zweite Federglieder aufweist,
wobei die Federglieder in sich geschlossene Ringhalte- und geneigte Schraubenfederfunktionen besitzen,
wobei die erwähnten Federglieder in Nuten in einer Seite-an- Seite-Beziehung im ersten Metallteil gehalten werden, und wobei die Federglieder in direktem Kontakt mit dem zweiten Metallteil sind.

2. System nach Anspruch 1, wobei jedes der geneigten Schraubenfederglieder in einer Nut mit unterstützender Form gehalten werden.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Metallteil der Kolben des Systems ist.

4. System nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Metallteil der die Stange tragende Kopf des Systems ist.

5. Hydraulikzylinder-Elektromagnetwellen- Kolbenpositionsabfühlsystem, an einem Schnittpunkt in einem Abschlußende in der elektrischen Übertragungsleitung im Zylinder, wobei das Abschlußende zumindest eine der Stirnfläche des Kolbens und der Stirnfläche des Endes des Zylinders ist, und erste und zweite Metallteile aufweist, die sich in Bezug aufeinander bewegen können, gekennzeichnet durch erste und zweite Federglieder, wobei die Federglieder Ringhalte- und geneigte Schraubenfederfunktionen besitzen, wobei die Federglieder in Nuten in Seite-an-Seite-Beziehung in dem ersten Metallteil gehalten werden, und
wobei die Federglieder in direktem Kontakt mit dem zweiten Metallteil sind.

6. System nach Anspruch 5, wobei das erste Metallteil der Kolben des Systems ist.

7. System nach Anspruch 5, wobei das erste Metallteil der die Stange tragende Topf des Systems ist.

8. Hydraulikzylinder-Elektromagnetwellen-Kolben-und- Stangenpositionsabfühlsystem, wobei in einem Elektromagnetwellenhohlraum im Zylinder zwischen dem Kolben als ein Ende und dem Zylinderende als das andere Ende eine Hohlraumabschlußstruktur für ein Ende vorgesehen ist, die einen Schnittpunkt zwischen ersten und zweiten Gliedern aufweist, die im Kontakt sind und im Bezug aufeinander beweglich sind, das folgendes aufweist:
Einen elektrischen Kontakt über den bzw. an dem Schnittpunkt zwischen ersten und zweiten Gliedern, wobei der elektrische Kontakt erste und zweite Federglieder aufweist, wobei die Federglieder Ringhalte- und geneigte Schraubenfederfunktionen besitzen,
wobei die Federglieder in Nuten in Seite-an-Seite-Beziehung in der Oberfläche des erwähnten ersten Gliedes am Schnittpunkt gehalten werden,
wobei die Federglieder in direktem Kontakt mit der Oberfläche des zweiten Gliedes beim Schnittpunkt sind.

9. Hohlraumterminierungsstruktur nach Anspruch 8, wobei jedes der Federglieder in einer Nut mit unterstützender bzw. mit tragender Form gehalten wird.

10. Hohlraumterminierungsstruktur nach Anspruch 9, wobei der Schnittpunkt zwischen dem Zylinder und dem Kolben ist.

11. Hohlraumterminierungsstruktur nach Anspruch 9, wobei der Schnittpunkt zwischen dem die Stange tragenden Kopf und der Stange ist.

12. Hydraulikzylinder-Elektromagnetwellen- Kolbenpositionsabfühlsystem, das folgendes aufweist:
Erste und zweite elektrische Kontaktglieder zwischen ersten und zweiten Metallteilen in beweglichem Bezug an und entlang eines Schnittpunktes zwischen den Teilen,
wobei die ersten und zweiten elektrischen Kontaktglieder Federn sind und zwar mit Ringhalte- und geneigten Schraubenfederfunktionen in Nuten im ersten Metallteil und die das zweite Metallteil kontaktieren.

13. System nach Anspruch 12, wobei der erste Metallteil der Kolben des Systems ist.

14. System nach Anspruch 12, wobei das erste Metallteil der die Stange tragende Kopf des Systems ist.