DE19613503C2 - Kolben-Zylinder-Anordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolben-Zylinder-Anordnung mit einem Gehäuse sowie einem darin geführten und gegen ein Dämpfungsmedium abgestützten Kolben, an dem eine Kolbenstange angreift, mit einem als Näherungsschalter ausgebildeten Positionsgeber, der mit seinen relativ zueinander bewegbaren Teilen einerseits innerhalb des Gehäuses und andererseits innerhalb des Kolbens bzw. der Kolbenstange integriert ist, wobei der Sensor des Positionsgebers im Gehäuse in dem vom Kolben bzw. von der Kolbenstange durchfahrenen Hubbereich und wenigstens ein Geberteil des Positionsgebers bei dem Kolben oder der Kolbenstange angeordnet sind.

Eine Kolben-Zylinder-Anordnung der eingangs erwähnten Art ist beispielsweise aus der DE 29 17 232 A1 bekannt. Die aus der DE 29 17 232 A1 vorbekannte Kolben-Zylinder-Anordnung ist als druckmittel­ betätigter Arbeitszylinder ausgebildet. Dieser Arbeitszylinder weist eine magnetisch betätigbare Anzeigeeinrichtung auf, die außerhalb des Zylinderinneren angeordnet ist und zum berührungslosen Anzeigen wenigstens einer Stellung des Kolbens dient. Dazu ist im Kolben ein ringförmiger Permanentmagnet vorgesehen, der in einer definierten Relativposition des Kolbens im Druckzylinder die Anzeigeeinrichtung betätigt.

Vergleichbare Überwachungseinrichtungen zur Positionsdetektierung sind in der DE 41 22 481 A1 sowie in der FR 2 370 907 beschrieben.

Aus dem Gebrauchsmuster DE 83 10 827 U1 ist eine ebenfalls als druckmittelbetätigter Arbeitszylinder ausgebildete Kolben-Zylinder- Anordnung bekannt, die zur Überwachung verschiedener Kolbenstel­ lungen einen außerhalb des Druckraumes am Zylindergehäuse angeordneten Näherungsschalter aufweist. Der Näherungsschalter wirkt mit mindestens einer, in der Kolbenstange vorgesehenen Vertiefung zusammen, die mit einer nicht aus Eisen bestehenden und an die Kontur der Kolbenstange angepaßten Füllung versehen ist. Dabei signalisiert der Näherungsschalter, wenn ihm die ihm zugeordnete Vertiefung gegenübersteht und im Näherungsschalter ein gegenüber der stählernen Kolbenstange unterschiedliches Signal erzeugt.

Bei allen diesen vorbekannten Kolben-Zylinder-Anordnungen handelt es sich doch um druckmittelbetätigte Arbeitszylinder. Solche druckmittelbetätigten Arbeitszylinder sind regelmäßig einfachwandig ausgestaltet, so daß ein außerhalb des Druckraumes angeordneter Sensor ein im Bereich des Kolbens oder der Kolbenstange erzeugtes unterschiedliches Signal gut erfassen kann.

Demgegenüber sind jedoch Stoßdämpfer häufig doppelwandig ausgebildet. Solche doppelwandigen Stoßdämpfer werden beispielsweise verwendet, um in Hochregallagern die Förderwege der Regalförderzeuge endseitig zu begrenzen. Diese vorbekannten Stoßdämpfer weisen dazu an ihrem äußeren, freien Kolbenstangenende ein Anschlag- oder Rammelement auf. Um ein Auffahren und Rammen des Regalförderzeuges bei noch eingefahrenem Anschlag- oder Rammelement zu verhindern, sind an den vorbekannten Stoßdämpfern, insbesondere wenn diese sehr lange Dämpferhübe haben, Positionsgeber zur Positionsabfrage der Stellung dieses Anschlag- oder Rammelementes und zur Anzeige der Bereitschaftstellung dieses Stoßdämpfers vorgesehen.

Aufgrund der doppelwandigen Ausgestaltung des Stoßdämpfer-Gehäuses sind bei den erwähnten Stoßdämpfern solche Überwachungseinrichtungen zur Positionsdetektierung nicht ohne weiteres einsetzbar, die bei den vorbekannten druckmittelbetätigten Arbeitszylindern benutzt werden. Vielmehr werden bei vorbekannten Stoßdämpfern mechanische oder optische Schalter als Positionsgeber benutzt, die bei ausgefahrenem Anschlag oder Rammelement über einen mechanischen, magnetischen oder optischen Kontakt ein elektrisches Signal weiterleiten. Diese Positionsgeber sind an den vorbekannten Stoßdämpfern regelmäßig als Aufbau oder Anbau angebracht, was einen erheblichen konstruktiven Aufwand erfordern kann und vor allem den für das Stoßdämpfersystem benötigten Platzbedarf nicht unwesentlich erhöht.

Es besteht daher die Aufgabe, eine als Stoßdämpfer ausgebildete Kolben-Zylinder-Anordnung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die mit einem möglichst geringen Aufwand eine Abfrage der Stellung ihres Anschlag- oder Rammelementes und insbesondere der Bereit­ schaftstellung des Rammelementes erlaubt.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht bei der Kolben- Zylinder-Anordnung der eingangs erwähnten Art insbesondere darin, daß die Kolben-Zylinder-Anordnung als Stoßdämpfer ausgebildet ist, der an seinem äußeren, freien Kolbenstangenende ein Anschlag- oder Rammelement trägt, daß der Kolben in einer zylindrischen Zwischenwand des Stoßdämpfer-Gehäuses verschieblich geführt ist, die über Zwischenwandöffnungen mit einem koaxialen Ringspeicher für das Dämpfungsmedium verbunden ist, daß an der äußeren Ringspeicher-Wand ein als Öleinfüll- und Ölablaßschraube dienender Einschraubstopfen vorgesehen ist, der in eine der Zwischenwandöffnungen eingreift und daß in den hohlen Einschraubstopfen gleichzeitig der Sensor vorgesehen ist.

Die als Stoßdämpfer ausgebildete erfindungsgemäße Kolben-Zylinder- Anordnung ermöglicht es, aus der Relativposition zwischen Kolben und/oder der Kolbenstange einerseits und dem Stoßdämpfer-Gehäuse andererseits einen Rückschluß auf die Stellung des Anschlag- oder Rammelementes und insbesondere auf dessen ausgefahrene Bereitschafts­ tellung zu ziehen. Der Positionsgeber dieser Kolben-Zylinder- Anordnung ist dazu als Näherungsschalter ausgebildet, wobei einerseits sein Sensor im Stoßdämpfer-Gehäuse in dem vom Kolben bzw. von der Kolbenstange durchfahrenen Hubbereich und andererseits sein Geberteil bei dem Kolben oder der Kolbenstange angeordnet sind. Somit kann der Positionsgeber praktisch in den üblichen Umriß des Stoßdämpfers integriert werden, ohne außenseitig wesentlichen zusätzlichen Platz zu beanspruchen. Dabei ist der Positionsgeber gegen äußere Einflüsse gut geschützt in einen Einschraubstopfen eingesetzt, der gleichzeitig als eine am Stoßdämpfer-Gehäuse vorgesehene Öleinfüll- und Ölablaßschraube ausgebildet ist. Da dieser Einschraubstopfen den äußeren Ringspeicher des Stoßdämpfers durchsetzt und in eine der Zwischenwandöffnungen eingreift, kann der derart an den Kolben bzw. die Kolbenstange angenäherte und im Einschraubstopfen befindliche Sensor positionsbedingte Signal­ änderungen gut und sicher fassen. Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Sensors in dem gleichzeitig auch als Öleinfüll- und Ablaßschraube dienenden Einschraubstopfen wird der geringe Herstellungsaufwand noch zusätzlich reduziert.

Da bereits ein im Vergleich zu einer hohlen Kolbenstange massiv ausgeführter oder aus einem anderen Material bestehender Kolbenkopf eine Änderung der elektrostatischen oder magnetischen Felder bewirkt, kann auch der Kolben als Geberteil vorgesehen sein.

Um auch bei vergleichsweise großen Meßabständen noch deutliche Meßsignale zu erfassen, ist es vorteilhaft, wenn das zu einem induktiven beziehungsweise magnetischen Sensor gehörende Geberteil durch einen Magneten gebildet ist, der vorzugsweise in die Kolbenaußenwand eingesetzt ist.

Dieser Magnet kann beispielsweise als ein in die Kolbenaußenwand eingesetzter Dauermagnet ausgebildet sein. Um auf eine Drehsiche­ rung des im Stoßdämpfer-Gehäuse verschieblich geführten Kolbens verzichten und um Drehbewegungen des Kolbens im Stoßdämpfer-Gehäuse zulassen zu können, ist es vorteilhaft, wenn der im Kolben vorgesehene Geber-Magnet durch einen Magnetstreifen, vorzugsweise einen in eine Kolben-Umfangsnut eingelegten, insbesondere durchgehend umlaufenden Magnetstreifen gebildet ist. Dieser Magnetstreifen kann beispielsweise als ein Kunststoff-gebundener Dauermagnet, insbesondere als axial magnetisiertes Magnetband, ausgebildet sein.

Zum Schutz eines solchen Magnetbandes ist es vorteilhaft, wenn im Bereich des in eine Kolben-Umfangsnut eingelegten, umlaufenden Magnetstreifens eine äußere Umhüllung, vorzugsweise eine auf diesen Kolbenbereich aufschiebbare Hülse aus Aluminium oder dergleichen vorgesehen ist.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Ansprüchen sowie der Zeichnung. Die einzelnen Merkmale können je für sich oder zu mehreren bei einer Ausführungs­ form der Erfindung verwirklicht sein.

Es zeigen:

Fig. 1 einen in einer Seitenansicht dargestellten hydraulischen Stoßdämpfer mit einer Kolbenstange, die an ihrem äußeren, freien Ende als Puffer dienendes Anschlag- oder Rammelement trägt,

Fig. 2 den Stoßdämpfer aus Fig. 1 in einem Längsschnitt entlang der Schnittebene B-B aus Fig. 1,

Fig. 3 den Stoßdämpfer aus Fig. 1 und 2 in einem Querschnitt in Schnittebene A-A aus Fig. 2, und

Fig. 4 den Stoßdämpfer aus Fig. 1 bis 3 in einem Teil- Längsschnitt im Bereich des Kolbenkopfes der Kolben­ stange.

In den Fig. 1 bis 4 ist ein hydraulischer Stoßdämpfer 1 dargestellt, der beispielsweise in einem Hochregallager zur Begrenzung des Förderweges eines verfahrbaren Regalförderzeuges verwendet werden kann. Der Stoßdämpfer 1 hat ein Stoßdämpfer- Gehäuse 2, in welchem ein Kolben 3 verschieblich geführt ist. An dem Kolben 3 greift eine Kolbenstange 4 an, die an ihrem äußeren freien Kolbenstange ein Anschlag- oder Rammelement 5 trägt.

In seiner ausgefahrenen und in den Fig. 1 und 2 dargestellten Bereitschaftsstellung fängt der Stoßdämpfer 1 solche Stöße ab, die von einem auf sein Anschlag- oder Rammelement 5 auffahrenden Regalförderzeug herrühren.

Um Fehlfunktionen zu vermeiden und um sicherzustellen, daß Stellbewegungen des Regalförderzeuges solange unterbleiben, bis das Rammelement 5 sich wieder in seiner ausgefahrenen Bereit­ schaftsstellung befindet, weist der Stoßdämpfer 1 einen Positions­ geber 6 zur Erfassung einer festgelegten Stellung des Rammelementes 5 auf.

Der Positionsgeber 6 ist hier als Magnetfeld-Positonsgeber ausgebildet, wobei die realtiv zueinander bewegbaren Teile dieses Näherungsschalters 6 einerseits innerhalb des Stoßdämpfer-Gehäuses 2 und andererseits innerhalb des Kolbens 3 integriert sind. Dabei ist der Sensor 7 des Positionsgebers 6 im Stoßdämpfer-Gehäuse 2 in dem vom Kolben 3 durchfahrenen Hubbereich und ein Geberteil 8 des Positionsgebers 6 bei dem Kolben 3 angeordnet.

Um die Bereitschaftsstellung des Rammelementes 5 zu erfassen, stehen sich in ausgefahrenem Zustand der Stoßdämpfer-Kolbenstange 4 einerseits der in dieser Position aktiv geschaltete Sensor 7 und andererseits das Geberteil 8 gegenüber.

Wie aus Fig. 4 deutlich wird, ist als Geberteil 8 ein Kunststoff- gebundener Dauermagneten vorgesehen, der hier als flexibles Magnetband oder als Magnetstreifen ausgebildet ist. In der Kolbenaußenwand ist eine Kolben-Umfangsnut 9 vorgesehen, in die der durchgehend umlaufende Magnetstreifen 8 eingelegt ist.

Im Bereich des in die Kolben-Umfangsnut 9 eingelegten umlaufenden Magnetstreifens 8 ist eine äußere Umhüllung vorgesehen, die hier als eine auf diesen Kolbenbereich aufschiebbare Hülse aus Aluminium oder dergleichen Material ausgebildet ist.

Aus Fig. 4 wird deutlich, daß der Sensor 7 in einen Einschraub­ stopfen eingesetzt ist, der gleichzeitig auch als eine am Stoßdämpfer-Gehäuse 2 vorgesehene Öleinfüll- und Ablaßschraube dient. Der Einschraubstopfen ist im wesentlichen zweiteilig ausgebildet und weist ein hülsenförmiges äußeres Stopfenteil 10 mit einer Werkzeugangriffsfläche auf, in das ein topfförmiges inneres Stopfenteil 11 einschraubbar ist.

In das innere Stopfenteil 11 ist der Sensor 7 einschraubbar, dessen elektrische Sensorleitungen durch die zentrale Öffnung 12 des hülsenförmigen äußeren Sensorteiles 10 geführt sind. Dabei steht der Sensor 7 über das innere Stopfenteil 11 in die zentrale Öffnung 12 des äußeren Stopfenteiles 10 vor, wobei das äußere Stopfenteil 10 und das innere Stopfenteil 11 durch eine in Fig. 4 angedeutete Ringdichtung gegeneinander abgedichtet sind.

Trifft in der in Fig. 1 und 2 gezeigten Bereitschaftsstellung des Stoßdämpfers 1 eine Last auf dessen Anschlag- oder Rammelement 5 auf, so wird der durch die vor dem Kolben 3 im Kolbenraum 13 befindliche Ölmenge abgestützte Kolben 3 in die dem Rammelement 5 abgewandte Richtung bewegt. Der Kolben 3 verdrängt dabei das als Dämpfermedium dienende Hydrauliköl durch in der Zwischenwand 14 vorgesehene, hier aber nicht weiter dargestellte radiale Bohrungen nach außen in einen koaxialen Ringspeicher 15, in dem sich ein ballonförmiger kompressibler Gegendruckbehälter 16 befindet.

Nach einem vorübergehenden Zusammendrücken dieses Gegendruckbehäl­ ters 16 durch die in den Ringspeicher 15 einfließende Ölmenge, dehnt sich dieser wieder aus, wenn der das Rammelement 5 nicht mehr belastet ist. Dabei wird eine Teilmenge des Hydrauliköls durch mehrere, vergleichsweise große Zwischenwandöffnungen 17 zum Kolbenraum 13 gepreßt, wobei die Zwischenwandöffnungen 17 in etwa einer Querschnittsebene angeordnet sind und der Einschraubstopfen mit seinem inneren Stopfenteil 11 in eine dieser Zwischenwandöff­ nungen 17 mit seitlichem Spiel eingreift.

Das in den Kolbenraum 13 zurückgedrängte Hydrauliköl wird am Kolbenkopf vorbei durch die Durchlaßöffnung 18 einer kopfseitigen und am Kolben 3 verschieblich gehaltenen Durchlaßhülse 19 gepreßt, die praktisch als Rückschlagventil dient und auf deren Durchlaßöff­ nung 18 dazu eine Ringscheibe 20 mit axialem Spiel aufliegt.

Das bei unbelastetem Rammelement 5 in den Kolbenraum 13 zurück­ gedrängte Hydrauliköl verschiebt den Kolben in seine ausgefahrene Endstellung zurück. Hat der Kolben die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Endstellung erreicht, wird dies über den Positions­ geber 6 an eine Steuerung weitergegeben, die nun beispielsweise weitere Stellbewegungen des Regalförderzeuges auslösen kann.

Der hier dargestellte Stoßdämpfer 1 erlaubt die sichere Abfrage der Bereitschaftsstellung des Rammelementes 5 und ist mit einem geringen Aufwand herstellbar. Da der Positionsgeber 6 praktisch im Umriß des Stoßdämpfers 1 gegen äußere Einwirkungen geschützt untergebracht ist, erfordert der Einbau des Stoßdämpfers 1 einen vergleichsweise geringen Platzbedarf.

Claims (7)

1. Kolben-Zylinder-Anordnung mit einem Gehäuse (2) sowie einem darin geführten und gegen ein Dämpfungsmedium abgestützten Kolben (3), an dem eine Kolbenstange (4) angreift, mit einem als Näherungsschalter ausgebildeten Positionsgeber (6), der mit seinen relativ zueinander bewegbaren Teilen einerseits innerhalb des Gehäuses (2) und andererseits innerhalb des Kolbens (3) bzw. der Kolbenstange (4) integriert ist, wobei der Sensor (7) des Positionsgebers (6) im Gehäuse in dem vom Kolben (3) bzw. von der Kolbenstange (4) durchfahrenen Hubbereich und wenigstens ein Geberteil (8) des Positionsgebers (6) bei dem Kolben (3) oder der Kolbenstange (4) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben-Zylinder-Anordnung als Stoßdämpfer (1) ausgebildet ist, der an seinem äußeren, freien Kolbenstangenende ein Anschlag- oder Rammelement (5) trägt, daß der Kolben (3) in einer zylindrischen Zwischenwand (14) des Stoßdämpfer-Gehäuses (2) verschieblich geführt ist, die über Zwischenwandöffnungen (17) mit einem koaxialen Ringspeicher (15) für das Dämpfungsmedium verbunden ist, daß an der äußeren Ringspeicher-Wand ein als Öleinfüll- und Ölablaßschraube dienender Einschraubstopfen vorgesehen ist, der in eine der Zwischenwandöffnungen (17) eingreift, und daß in dem hohlen Einschraubstopfen gleichzeitig der Sensor (7) vorgesehen ist.

2. Kolben-Zylinder-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich der Sensor (7) und das Geberteil (8) in ausgefahrenem Zustand der Stoßdämpfer-Kolbenstange (4) gegenüberstehen und der Sensor (7) in dieser Lage aktiv geschaltet ist.

3. Kolben-Zylinder-Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Positionsgeber (6) ein kapazitiver, ein induktiver oder vorzugsweise ein Magnetfeld-Positionsgeber vorgesehen ist.

4. Kolben-Zylinder-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (3) als Geberteil (8) vorgesehen ist.

5. Kolben-Zylinder-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zu einem induktiven beziehungs­ weise magnetischen Sensor (7) gehörende Geberteil (8) durch einen Magneten gebildet ist, der vorzugsweise in die Kolben­ außenwand eingesetzt ist.

6. Kolben-Zylinder-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der im Kolben (3) vorgesehene Geber-Magnet (8) durch einen Magnetstreifen, vorzugsweise einen in eine Kolben-Umfangsnut (9) eingelegten, insbesondere durchgehend umlaufenden Magnetstreifen (8) gebildet ist.

7. Kolben-Zylinder-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des in eine Kolben- Umfangsnut (9) eingelegten, umlaufenden Magnetstreifens (8) eine äußere Umhüllung, vorzugsweise eine auf diesen Kolben­ bereich aufschiebbare Hülse (21) aus Aluminium oder dergleichen vorgesehen ist.