DE19607917A1 - Elektrohydraulisches Hubgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrohydraulisches Hubgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Hubgeräte werden in verschiedenen Baugrößen in Abhängigkeit von den erforderlichen Betätigungskräften auf den verschiedensten Gebieten eingesetzt. In der Regel wird nur ein Signalzustand angezeigt, der angibt, ob die Kolbenstange ein- oder ausgefahren ist. Es ist aber für bestimmte Anwendungen erforderlich, eine Anzeige über die Hublänge der Kolbenstange zu erhalten.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Hubgerät der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daß eine zuver­ lässige Anzeige der Hublänge vorhanden ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß innerhalb des Gehäuses des Hubgeräts eine Einrich­ tung zur Anzeige der Hubstellung der Kolbenstange angeordnet ist, welche kontinuierlich die Hubstellung in Form elektrischer Signale anzeigt, die außen am Gehäuse abgenommen werden können.

Dadurch, daß die Anzeigeeinrichtung innerhalb des Gehäuses des Hubgeräts angeordnet wird, ist sie von äußeren Einwirkungen geschützt, nachdem derartige Hubgeräte häufig unter rauhen Betriebsbedingungen arbeiten.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 in einem Längsschnitt eine Ausführungsform mit einem Potentiometer als Stellungsanzeige,

Fig. 2 eine Ansicht einer Strömungsleiteinrichtung,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Anzeigeeinrichtung mit Kondensatorplatten, und

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Anzeigeeinrich­ tung, die mit Ultraschall arbeitet.

Fig. 1 zeigt in einem geschlossenen Gehäuse 1 einen Elektromotor 2, der ein Pumpenrad 3 antreibt, das einen Kolben 4 mit einem Hydraulikfluid beaufschlagt, das in dem Gehäuse 1 im Bereich des Elektromotors 2 und der Pumpe enthalten ist. Die Kolbenstange 5 des mit einer Feder 6 beaufschlagten Kolbens 4 ragt mit ihrem freien Ende aus dem Gehäuse 1 hervor. Mit 7 ist ein Anschluß­ kasten für die Ansteuerung des Elektromotors 2 bezeichnet. Dieser Aufbau eines elektrohydraulischen Hubgeräts ist an sich bekannt.

Die Kolbenstange 5 ist bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 zur Aufnahme eines Potentiometers 8 mit einer Längsbohrung 9 versehen. Zwischen einem rohrförmigen Körper 10 des Potentiome­ ters 8 und einem in diesem rohrförmigen Körper 10 verschiebbar angeordneten stabförmigen Element 11 kann eine nicht dargestellte Druckfeder angeordnet sein, welche sich einerseits am gehäuse­ festen rohrförmigen Körper 10 abstützt und andererseits das freie Ende des stabförmigen Elementes 11 am Boden der Bohrung 9 in der Kolbenstange 5 anliegend hält. Beim Ausfahren der Kolbenstange 5 durch Druckbeaufschlagung des Kolbens 4 mittels der Pumpe 3 folgt aufgrund der Federbeaufschlagung das stabförmige Element 11 der Kolbenstange 5, so daß an dem Potentiometer 8 in dem rohrförmigen Körper 10 ein der Hublänge der Kolbenstange 5 entsprechendes elektrisches Signal erzeugt wird.

Bei 12 sind elektrische Leitungen in Fig. 1 angedeutet, durch welche das Potentiometer 8 mit dem Signalkasten 7 verbunden ist, so daß die am Potentiometer 8 abgegriffenen elektrischen Signale von außen abgenommen werden können. Diese elektrischen Leitungen 12 sind an einem etwa sternförmigen Leitrad 25 befestigt, das auf dem Umfang mit einem im Gehäuse 1 angeordneten Zylindermantel 27 fest verbunden ist, so daß es ein gehäusefestes Teil bildet. Fig. 2 zeigt in einer Ansicht und in einem Querschnitt längs der Linie B-B das Leitrad 25, das auf dem Umfang im Anschluß an das Pumpenrad 3 Durchbrechungen 26 mit abgeschrägten Rändern in Umfangsrichtung aufweist, durch die die Hydraulikflüssigkeit vom Pumpenrad 3 zur Kolbenfläche geführt wird, wie dies durch den Pfeil 29 angedeutet ist. Mit 30 ist eine radial verlaufende Nut am Leitrad 25 bezeichnet, in die die Leitungen 12 eingelegt werden. In der Mitte trägt das Leitrad 25 eine Klemme 28 bspw. in Form eines geschlitzten Ringes, an der der rohrförmige Körper 10 des Potentiometers 8 fest eingespannt ist, so daß auch dieser Körper 10 während der Kolbenbewegung stationär gehalten wird.

Das stationäre Leitrad 25 ist, wie Fig. 2 zeigt, derart gestal­ tet, daß es die vom umlaufenden Pumpenrad 3 erzeugte Strömung des Hydraulikfluids auf die Kolbenfläche leitet und dabei die turbu­ lente Strömung beruhigt. Damit hat das Leitrad 25 neben der Haltefunktion für das Potentiometer 8 auch die Wirkung einer Strömungsleiteinrichtung zur wirksamen Umlenkung der Strömung des Hydraulikfluids vom Pumpenrad 3 zur Kolbenfläche.

Anstelle der zuvor angegebenen Feder zwischen dem rohrförmigen Körper 10 und dem stabförmigen Element 11 kann auch eine Magnet­ anordnung vorgesehen werden, welche das stabförmige Element 11 am Boden der Bohrung 9 anliegend hält. In gleicher Weise kann auch eine formschlüssige Verbindung zwischen dem stabförmigen Element 11 und der Kolbenstange 5 vorgesehen werden, so daß das stabförmige Element 11 spiel frei mit der Kolbenstange 5 relativ zu dem rohrförmigen Körper 10 des Potentiometers bewegt wird. Beispielsweise kann das stabförmige Element 11 mit der Kolben­ stange verschraubt, verklebt oder vergossen sein. Eine der­ artige Verbindung zwischen stabförmigem Element 11 und Kolben­ stange 5 anstelle der zuvor angegebenen Feder ist vor allem dann zweckmäßig, wenn das Hubgerät eine größere Hublänge von bspw. bis zu 160 mm hat.

Es sind verschiedene Abwandlungen dieser Bauweise möglich. So kann das Potentiometer 8 auch zwischen Kolben 4 und Zylinder­ mantelboden 13 angeordnet werden, an dem sich auch die Feder 6 abstützt. In diesem Falle wird das Potentiometer 8 beim Ausfahren der Kolbenstange 5 zusammengeschoben.

Bei dem in Fig. 1 wiedergegebenen Hubgerät kann auch die den Kolben 4 beaufschlagende Feder 6 entfallen, bspw. wenn an der Kolbenstange 5 eine entsprechende Last angreift, welche die Funktion der Feder 6 übernimmt und den Kolben in seine in Fig. 1 wiedergegebene Ausgangsstellung zurückführt.

Das Potentiometer 8 ist dem Druck und der Temperatur des Hydrau­ likfluids ausgesetzt, das sich im Betrieb bis 110°C erwärmen kann. Weiterhin wirken die mechanischen Schwingungen auf das Potentiometer 8, die an der Kolbenstange 5 angreifen, jedoch ist das Potentiometer 8 derart geschützt innerhalb der Kolbenstange 5 angeordnet, daß zuverlässige Werte für die Stellungsanzeige der Kolbenstange geliefert werden.

Um eine von mechanischen Schwingungen und dem Druck sowie der Temperatur des Hydraulikfluids unabhängige Anzeigeeinrichtung vorzusehen, wird nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung eine kapazitive Anzeigeeinrichtung in der Weise ausge­ bildet, daß relativ zueinander bewegliche Kondensatorplatten angebracht werden, bei deren Beaufschlagung durch eine Wechsel­ spannung eine Sinusfunktion abgegriffen werden kann, deren Amplitude ein Maß für die Stellung der Kolbenstange relativ zum Gehäuse ist.

Eine derartige kapazitive Anzeigeeinrichtung kann in der Weise ausgebildet werden, daß sowohl am Zylindermantelboden 13 als auch am Kolben 4 jeweils eine Messingplatte derart angebracht wird, daß die Messingplatte gegenüber dem Kolben bzw. dem Zylinder elektrisch isoliert ist. An die beiden Messingplatten wird eine Versorgungsspannung angelegt. Die Kapazität ist zu der Spannung umgekehrt proportional, wie auch zum Abstand. Zu der aufgebrach­ ten Leistung steht die Kapazität aber in einem direkten Verhält­ nis. Verändert der Kolben 4 seine Stellung, unabhängig von der Geschwindigkeit der Verstellbewegung, so ändert sich entsprechend die Kapazität zwischen den beiden Messingplatten.

Fig. 3 zeigt eine Meßbrücke mit dem bei 14 wiedergegebenen Kondensator aus den am Kolben 4 und am Zylinder angebrachten, relativ zueinander beweglichen Kondensatorplatten. Bei 15 sind weitere Kondensatoren mit jeweils 4,7 pF wiedergegeben, wobei der variable Kondensator 14 5 pF hat. Mit 16 ist ein Operationsver­ stärker bezeichnet und mit A ein Anzeigeelement, an dem die Spannung abgenommen werden kann.

Die Brückenspannung kann auch 5 V betragen und die Kapazitäten sind auch mit 20 pF auslegbar.

Diese Anzeigeeinrichtung mit variablem Kondensator und Meßbrücke ist hoch empfindlich und es ergibt sich eine stoßsichere, ver­ schleißfeste und von der Temperatur des Hydrauliköls unabhängige Anzeigeeinrichtung.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird am Mantelboden 13 des Zylinders in dem Gehäuse 1 ein Ultraschall­ sender und -empfänger 17 z. B. in Form einer Keramikkapsel ange­ bracht, wie dies schematisch in Fig. 4 wiedergegeben ist. Der Ultraschallgeber 17 ist auf die Rückseite des Kolbens 4 gerich­ tet, von der die Ultraschallwellen reflektiert und vom Ul­ traschallgeber 17 wieder empfangen werden. Mit 18 ist ein elektrischer Schalter bezeichnet, der in vorbestimmten Zeitinter­ vallen in Abhängigkeit von einem Taktgeber 19 den Ultraschall­ geber bzw. -sender 17 auf Sendung und Empfang schaltet. Diese Zeitintervalle liegen im Bereich von Millisekunden. In einer Logikschaltung 20 werden die erhaltenen Signale in Abhängigkeit von dem erhaltenen Zeitsignal erfaßt und es wird in Abhängigkeit von der Laufzeit der Ultraschallwellen der Abstand zwischen Kolben 4 und Zylindermantelboden 13 bestimmt.

Die Logikschaltung 20 und die übrigen Elemente wie der elek­ trische Schalter 18 können im Schaltkasten 7 des Hubgerätes un­ tergebracht sein. Die Logikschaltung 20 kann mit einer Anzeige 21 verbunden werden, welche die ermittelte Hublänge z. B. in mm optisch anzeigt.

Mit 23 ist eine Normierungseinrichtung für die Einstellung und mit 24 ein Zeitfenster bezeichnet, an dem bspw. die Anzahl der Hübe pro Zeiteinheit und dgl. abgelesen werden kann.

Diese Anzeigeeinrichtung wird von der Temperatur des Hydrauliköls beeinflußt. Es ist deshalb zweckmäßig, eine bei 22 angedeutete Temperaturkompensationseinrichtung vorzusehen, die mit der Logikschaltung 20 verbunden ist.

Claims (10)

1. Elektrohydraulisches Hubgerät, in dessen Gehäuse (1) eine von einem Elektromotor (2) angetriebene Pumpe (3) und ein von dieser mit Hydraulikfluid beaufschlagter Kolben (4) an­ geordnet ist, dessen Kolbenstange (5) aus dem Gehäuse herausragt, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Gehäuses (1) eine Einrichtung (8; 14; 17) zur Anzeige der Hubstellung der Kolbenstange (5) angeordnet ist, welche kontinuierlich die Hubstellung in Form elek­ trischer Signale angibt, die außen am Gehäuse abnehmbar sind.

2. Hubgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kolben (4) bzw. dessen Kolbenstange (5) und einem gehäusefesten Teil ein Potentiometer (8) angeordnet ist, welches Signale in Abhängigkeit von der Relativstel­ lung zwischen Kolben und Gehäuse abgibt.

3. Hubgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (5) mit einer Längsbohrung (9) versehen ist, in die ein Potentiometer (8) eingesetzt ist, das mit einem rohrförmigen Element (10) an einem gehäusefesten Teil anliegt, während ein relativ dazu bewegliches, stabförmiges Element (11) an der Kolbenstange (5) anliegend gehalten wird.

4. Hubgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das stabförmige Element (11) des Potentiometers durch Feder­ beaufschlagung oder durch Magnetkraft an der Kolbenstange (5) anliegend gehalten wird.

5. Hubgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das stabförmige Element (11) des Potentiometers mit der Kolben­ stange (5) formschlüssig oder durch Verkleben bzw. Ver­ gießen verbunden ist.

6. Hubgerät nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß zwischen Pumpenrad (3) und Kolben (4) ein Halte­ element (26) am Gehäuse (1) bzw. einem Zylindermantel (27) befestigt ist, welches ein Element (10) des Potentiometers (8) am Gehäuse festlegt.

7. Hubgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteelement (26) als Leitrad für die Strömung zwischen Pumpenrad (3) und Kolben (4) ausgebildet ist.

8. Hubgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den relativ zueinander beweglichen Flächen innerhalb des Gehäuses (1) Kondensatorplatten vorgesehen sind, wobei die durch die Abstandsänderung zwischen den beiden Kondensator­ platten erzielbare Kapazitätsänderung für die Anzeige der Hublänge verwendet wird.

9. Hubgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorplatten (14) an eine Meßbrücke mit Operations­ verstärker (16) angeschlossen sind.

10. Hubgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einem gehäusefesten Teil ein auf die Kolbenfläche gerichte­ ter Ultraschallgeber (17) angebracht ist, der mit einer elektrischen Schaltung zur Auswertung der Laufzeit der Ultraschallwellen zur Bestimmung der Hubstellung verbunden ist.