DE19545923A1 - Einrichtung mit einem Zylinder, einem in diesem verschiebbaren Kolben und einem im Zylinder angeordneten, induktiven Meßwandler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung mit einem Zylin­ der, einem in diesem durch ein Druckmedium verschiebbaren Kolben, und einem im Zylinder angeordneten, induktiven Meß­ wandler, der zwei gegeneinander verschiebbare Teile besitzt, nämlich eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Solche Einrichtungen werden zum Beispiel zum Heben von Lasten, zum Verschließen von Verschlüssen oder zum Verstellen von Werkzeugen von Bau- und Werkzeugmaschinen verwendet, wobei der induktive Meßwandler hierbei insbesondere der Stellweg­ messung dient.

Es ist bekannt, die Bewegung - von beispielsweise Hydrau­ likzylindern - mit Hilfe von mechanischen und/oder elektri­ schen Einrichtungen zu steuern. So kennt man Einrichtungen mit einem Zylinder und einem Tauchanker, die eine induktive Spu­ lenanordnung aufweisen, in deren Achse ein Kern aus ferro­ magnetischem Material verschiebbar ist.

Eine solche Einrichtung mit einem Zylinder und einem in diesem eingebauten induktiven Meßwandler ist nun aus der schweizerischen Patentschrift 488 999 und der entsprechenden US-Patentschrift 3 654 549 bekannt. Bei einem in diesen Patentschriften offenbarten Ausführungsbeispiel wird ein induktiver Meßwandler verwendet, von dem der eine Teil am Zylinder und der andere Teil am Kolben befestigt ist. Der am Zylinder befestigte Teil des Meßwandlers weist hierbei zwei zum Zylinder koaxiale, hohle, hintereinander angeordnete Spu­ len auf. Demgegenüber besitzt der am Kolben befestigte Meß­ wandlerteil einen ferromagnetischen Kern, der je nach der Kolbenstellung mehr oder weniger tief in die beiden Spulen hineinragt. Die beiden Spulen sind mit einer Wechselspannungs­ quelle und einer Brückenschaltung verbunden, von der ein Signal abgenommen werden kann, das ein Maß für die Kolben­ stellung ist.

Es ist nun bekannt, daß Einrichtungen mit induktiven Meßwandlern empfindlich gegen äußere Magnetfelder und ferro­ magnetische Teile von anderen Maschinen und Geräten sowie auch empfindlich gegenüber dem vom Druckmedium erzeugten Druck sind, so daß leicht Meßfehler entstehen können.

Der Erfindung liegt nun ausgehend von der aus der schwei­ zerischen Patentschrift 488 999 bekannten Einrichtung die Auf­ gabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, die die vorge­ nannten Nachteile nicht aufweist, und mit der über den größten Teil des Meßbereiches eine gute Linearität zwischen Meß-Signal und Stellweg erzielbar ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Einrichtung gelöst, die er­ findungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gekenn­ zeichnet ist.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Der Erfindungsgegenstand wird nun anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert. In der Zeichnung zeigen
die Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Einrichtung mit einem induktiven Meßwandler,
die Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine andere Ein­ richtung mit einem induktiven Meßwandler und die Fig. 2 einen Ausschnitt aus der Fig. 3 in größerem Maßstab.

Die Fig. 1 zeigt einen Arbeitszylinder 1, in dessen Innenraum 2 ein Kolben 3 mit einer Kolbenstange 4 geführt ist. Kolben 3 und Kolbenstange 4 besitzen hierbei eine zentrische Sackbohrung 5. Auf dem Grund 6 dieser Bohrung ist mittels eines Befestigungselementes 7 eine Schubstange 8 angebracht, die koaxial zur Längsachse der Bohrung 5 angeordnet ist und einen ferromagnetischen Spulenkern 9 trägt. Die Schubstange 8 selbst besteht hierbei vorzugsweise aus nichtmagnetischem Werkstoff.

Der beispielsweise aus Nickel oder einer Nickellegierung bestehende Spulenkern 9 wird im gezeichneten Ausführungsbei­ spiel von drei hintereinander angeordneten Spulen 10 umgeben, die mittels eines Halteorganes 11 am Stirnteil 1a des Zylin­ ders 1 gehalten werden. Das Halteorgan 11 ist hierbei mittels eines Dichtungsringes 12 druckdicht am Zylinder 1 befestigt.

Bei der Beaufschlagung des Druckraumes mit einem über die Einlass-Bohrungen 13 und 14 einfüllbaren Druckmedium erfolgt mit der axialen Verschiebung des Kolbens 3 gegenüber dem Zy­ linder 1 auch eine Relativbewegung des Spulenkerns 9 gegenüber den Spulen 10. Diese Bewegung bewirkt nun eine Veränderung der von den Spulen 10 abgenommenen elektrischen Signale, wobei das Maß der Veränderung dieser Signale vom Stellweg direkt ab­ hängig ist. Es kann somit einer bestimmten Lage des Kolbens ein bestimmter elektrischer Wert zugeordnet werden, so daß die Verschiebung des Kolbens 3 im Innenraum 2 jederzeit re­ produzierbar ist.

Die elektrischen Zuleitungen zu den Spulen 10 sind über einen Stecker 15 mit einem elektrischen Schaltkasten 16 ver­ bunden. Darüber hinaus besitzt der Zylinder 1 noch weitere Dichtungselemente, so zum Beispiel den in der Zeichnung unten dargestellten Dichtungsring 17.

Zwischen den Spulen 10 und der in diesen koaxial zur Sack­ bohrung 5 verschiebbaren Schubstange 8 ist nun gemäß der Er­ findung eine hohlzylinderförmige, mehr oder weniger dicht oder mit nur geringem Abstand an der Innenwand der Spulen 10 an­ liegende, diamagnetische Hülse 18 angeordnet. Die aus Titan oder einer Titanlegierung, beispielsweise aus Ti₃AL_2,5V, ge­ bildete Hülse 18 besitzt als weitere charakteristische Eigen­ schaften eine sehr geringe elektrische Leitfähigkeit sowie eine hohe Formfestigkeit.

Die formfeste Hülse 18 grenzt die Spulen 10 fluiddicht gegen den Innenraum 2 bzw. gegen das in diesen einleitbare Druckmedium ab und schützt die Spulen 10 dadurch u. a. vor dem vom Druckmedium erzeugbaren Druck. Wie man aus der Fig. 1 noch zusätzlich ersehen kann, ist die freie Stirnseite 18a der Hülse 18 mit einem Dichtungsring 19 versehen, während das andere Ende der Hülse 18 von dem am Stirnteil 1a befestigten Halteorgan 11 und dessen Dichtungsring 12 fluiddicht gehalten wird.

Wenn nun das vorzugsweise durch ein Öl gebildete Druck­ medium über die Einlass-Bohrungen 13 und 14 in den Innenraum 2 des Zylinders 1 gelangt, erfolgt - wie bereits eingangs er­ wähnt - bei einer Verschiebung des Kolbens 3 eine Induktion, wobei jeder axialen Lage des Kolbens 3 ein bestimmter, von den Spulen 10 abgenommener elektrischer Mess-Wert zugeordnet werden kann. Dieses Meßverfahren ist dem Hydraulik-Fachmann hinlänglich bekannt, so daß an dieser Stelle auf eine weitere Erläuterung des Verfahrens verzichtet wird.

Die Fig. 2 und 3 zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung, nämlich einen mit einem erfindungsgemäßen Meßwandler ausgestatteten und als ganzes mit 21 bezeichneten Hydraulikzylinder. Dieser besitzt im wesentlichen einen Arbeitszylinder 22, in dessen Innenraum ein Kolben 23 mit einer zentrischen Sackbohrung 24 sitzt. Der Arbeitszylinder 22 ist hierbei im wesentlichen gleich ausgebildet wie der anhand der Fig. 1 beschriebene Arbeitszylinder 1, besitzt also einen an einer Schubstange 25 angeordneten, ferromagnetischen Spu­ lenkern 26, der in den Innenraum 27 einer Spulen-Anordnung 28 hineinragt, die ihrerseits durch drei zueinander koaxial ange­ ordnete Spulen gebildet wird. Spulen-Anordnung 28 und Spulen­ kern 26 können dabei durch verschiedene im Handel erhältliche, induktive Meßwandler gebildet sein. Konstruktion und Funktion des Meßwandlers werden daher ebenfalls nicht im Detail be­ schrieben, da diese zum Stand der Technik gehören und für die Lösung der erfinderischen Aufgabe nicht relevant sind.

Die zwischen der Spulen-Anordnung 28 und der Schubstange 25 angeordnete, vorzugsweise aus Titan oder einer Titanlegie­ rung gebildete und mittels Befestigungsmitteln 29 am Zylinder 22 montierte, formfeste Hülse 30 ist - wie aus der Fig. 3 gut ersichtlich ist - an ihrem freien Ende mit einem Dichtungsring 31 an der Spulen-Anordnung 28 und mit ihrem anderen Ende am Zylinder 22 befestigt, so daß die Spulen fluiddicht gegen den Innenraum 27, bzw. gegen das in diesen einleitbare Druckmedium abgegrenzt wird.

Die in den Fig. 2 und 3 nicht dargestellten elektri­ schen Zuleitungen werden durch die Öffnung 32 zu den Spulen geführt, während das Druckmedium, also das Öl, beim Betrieb des Hydraulikzylinders 21 durch die beiden Einlass-Bohrungen 33 und 34 in den Innenraum des Arbeitszylinders 22 eingeleitet wird.

Durch den Einsatz einer aus Titan oder einer Titanle­ gierung gebildeten, formfesten Hülse 18 bzw. 30 können die Nachteile der eingangs beschriebenen Einrichtungen weitgehend vermieden werden. Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung können also u. a. störende Einflüsse des Strömungsmittels bzw. Druckmediums auf die Messung verhindert und über den größten Teil des Meßbereiches eine gute Linearität zwischen Meß- Signal und Stellweg erzielt werden.

Claims (5)

1. Einrichtung mit einem Zylinder (1, 22), einem in diesem geführten, durch ein Strömungsmittel verschiebbaren, mit einer Längsöffnung (5, 24) versehenen Kolben (3, 23) und einem im wesentlichen im Zylinder (1, 22) angeordneten, induktiven Meßwandler, der zwei gegeneinander verschiebbare Teile auf­ weist, von denen der mindestens zwei zueinander koaxial ange­ ordnete Spulen (10) aufweisende erste Teil am Zylinder (1, 22) befestigt ist sowie in die Längsöffnung (5, 24) des Kolbens (3, 23) hineinragt, und der am Kolben (3, 23) montierte zweite Teil in die von den Spulen (10) begrenzte Längsöffnung des ersten, hülsenartigen Teiles mindestens teilweise hineinragt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten Meßwandler­ teil und dem zweiten Meßwandlerteil eine aus Titan oder einer Titanlegierung gebildete, formfeste Hülse (18, 30) angeordnet ist, die den ersten Meßwandler vom Innenraum des Zylinders (1, 22) fluiddicht abgrenzt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der am Kolben (3, 23) angeordnete zweite Meßwandlerteil durch eine zur Längsöffnung (5, 24) des Kolbens (3, 23) ko­ axiale Schubstange (8, 25) gebildet wird, an der ein ferro­ magnetischer Spulenkern (9, 26) befestigt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hülse (18, 30) aus der Titanlegierung Ti₃AL_2,5V besteht.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Meßwandlerteil mittels eines Halteorganes (11) am Zylinder (1) befestigt ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Meßwandlerteil drei zueinander koaxial angeordnete Spulen (10) besitzt.