DE202005019306U1

DE202005019306U1 - Zylinder-Kolben-Aggregat

Info

Publication number: DE202005019306U1
Application number: DE200520019306
Authority: DE
Original assignee: Drumag Fluidtechnik GmbH
Current assignee: Drumag Fluidtechnik GmbH
Priority date: 2005-12-08
Filing date: 2005-12-08
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2015-12-09

Abstract

Zylinder-Kolben-Aggregat, mit einem in einem Zylinder (1, 2, 3) axial beweglichen Kolben (4), der mit einem Druckmedium beaufschlagbar und an seinem Umfang gegen die innere Zylinderwandung abgedichtet ist, und mit einem in dem Zylinder (3) angeordneten linearen Potentiometer zur Messung des Hubweges des Kolbens (4), dadurch gekennzeichnet, dass das Potentiometer ein an der inneren Zylinderwandung in Achsrichtung verlaufend angeordnetes Folienpotentiometer (10) ist und dass ein an dem Kolben (4) angebrachtes Element einen radial zur Zylinderachse gerichteten Kontaktdruck auf das Folienpotentiometer (10) ausübt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Zylinder-Kolben-Aggregat gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Beim Einsatz von Zylinder-Kolben-Aggregaten ist es in vielen Fällen erforderlich, die Kolbenstellung kontinuierlich zu erfassen. Hierzu sind zahlreiche Verfahren bekannt. Es kann die Körperschallausbreitung in der Kolbenstange oder die Ultraschallausbreitung im Zylinder gemessen werden. Weiter ist eine induktive Messung nach dem Tauchankerprinzip bekannt. Schließlich ist es bekannt über ein auf der Kolbenstange ausgebildetes Gewinde ein Drehpotentiometer zu betätigen.
Bei einem Zylinder-Kolben-Aggregat der eingangs genannten Gattung, wie es z.B. aus DE 33 35 399 C2 oder DE 39 40 886 A1 bekannt ist, wird ein lineares Potentiometer zur Messung des Hubweges des Kolbens verwendet. Das Potentiometer ist in der Zylinderachse angeordnet und der Kolben gleitet koaxial auf dem Potentiometer, wobei Schleifkontakte das Potentiometer abgreifen. Diese Anordnung des Potentiometers in der Zylinderachse erfordert einen hohen konstruktiven Aufwand. Die Abdichtung des Potentiometers ist schwierig. Außerdem begrenzt der Verschleiß der Schleifkontakte die Lebensdauer.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Zylinder-Kolben-Aggregat mit einer Hubweg-Messung zu schaffen, welches einfach und kostengünstig aufgebaut ist.
Dieses Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Zylinder-Kolben-Aggregat gemäß dem Anspruch 1.
Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der wesentliche Gedanke der Erfindung besteht darin, ein Folienpotentiometer (auch Membranpotentiometer genannt) für die Hubweg-Messung zu verwenden. Das Folienpotentiometer wird an der inneren Zylinderwand angebracht und erstreckt sich in axialer Richtung im Wesentlichen über die gesamte Länge des Zylinderraumes bzw. des Kolbenhubes. Der Kolben drückt mit einer radial zur Zylinderachse gerichteten Kraft auf das Folienpotentiometer und bewirkt damit den Kontaktdruck der die Potentiometerstellung definiert. Um diesen Kontaktdruck auf das Folienpotentiometer auszuüben, kann ein geeignetes Element an dem Kolben angebracht sein, welches sich mit dem Kolben bewegt.
In einer bevorzugten Ausführung ist das den Kontakt des Folienpotentiometers bewirkende Element ein in dem Umfang des Kolbens gelagerter Ring. Die Drehstellung des Kolbens ist daher für die Funktion unwesentlich und es ist keine Verdrehsicherung des Kolbens erforderlich.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung wird die Kolbendichtung dazu verwendet, auf das Folienpotentiometer den Kontaktdruck auszuüben. Es ist daher kein zusätzliches Element erforderlich und ein herkömmliches Zylinder-Kolben-Aggregat kann ohne bauliche Veränderung mit der Hubweg-Messeinrichtung ausgestattet werden.
Dabei ist es insbesondere von Vorteil, wenn nur eine einzige Kolbendichtung vorgesehen ist, die auch den Kontaktdruck für das Folienpotentiometer bewirkt. Dadurch ist sichergestellt, dass eine eindeutige Zuordnung zwischen der Kolbenstellung und der Position des Kontaktes des Folienpotentiometers besteht.
In einer einfachen Ausführung ist das Folienpotentiometer auf der inneren Zylinderwandung anliegend aufgebracht, z.B. aufgeklebt. Die geringfügige Erhebung des Folienpotentiometers gegenüber der übrigen Zylinderwandung wird durch die Elastizität der Kolbendichtung in einer für die meisten Anwendungen ausreichenden Weise ausgeglichen.
Eine verbesserte Abdichtung ergibt sich, wenn das Folienpotentiometer in eine axial in der Zylinderwandung verlaufende Nut eingesetzt wird, deren Nutgrund als zu der Zylinderachse koaxiale Fläche ausgebildet ist. Das Folienpotentiometer füllt diese Nut im Querschnitt vollständig aus, so dass sich das Folienpotentiometer flächenbündig in die Zylinderwandung einfügt. Die elastische Kraft der Kolbendichtung bewirkt einen ausreichenden radialen Druck auf das Folienpotentiometer, um den jeweiligen die Kolbenstellung anzeigenden Kontakt in dem Folienpotentiometer herzustellen.
Der Aufbau des Zylinders und des Kolbens müssen nicht oder nur geringfügig geändert werden. Im Übrigen ist nur das Folienpotentiometer in den Zylinder einzubringen. Die Hubweg-Messung erhöht damit die Kosten der Herstellung und Montage des Zylinder-Kolben-Aggregats nur geringfügig. Da das Folienpotentiometer ohne Schleifkontakt arbeitet, ist die Hubweg-Messung äußerst verschleißarm. Da die Leiterbahnen und Leiterfolien in dem Folienpotentiometer dicht eingeschlossen sind, kommen diese nicht mit dem Druckmedium in Berührung, so dass der Einsatz der Hubweg-Messung keinen Einschränkungen in Bezug auf das verwendete Druckmedium unterliegt.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
1 einen Axialschnitt durch ein Zylinder-Kolben-Aggregat und
2 einen Querschnitt des Zylinder-Kolben-Aggregats.
Das Zylinder-Kolben-Aggregat weist einen Zylinder auf, der durch ein Zylinderrohr 3 gebildet ist, welches an einem axialen Ende durch einen Zylinderkopf 1 und am anderen axialen Ende durch einen Zylinderdeckel 2 abgeschlossen ist. In dem Zylinderrohr 3 ist axial gleitend ein Kolben 4 bewegbar geführt. In den Kolben 4 ist achsmittig eine Kolbenstange 5 eingesetzt, die abgedichtet durch den Zylinderkopf 1 nach außen geführt ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Zylinder-Kolben-Aggregat als doppelt wirkender Zylinder ausgebildet, d. h. der Kolben 4 grenzt dichtend zwei Zylinderräume 6 und 7 von einander ab, die jeweils über nicht dargestellte Ventile mit einem Druckmedium beaufschlagbar sind. Zur Abdichtung des Kolbens 4 gegenüber der inneren Zylinderwandung des Zylinderrohres 3 ist in eine Umfangsnut des Kolbens 4 eine ringförmige elastische Kolbendichtung 8 eingesetzt.
Die Erfindung ist nicht auf einen doppelt wirkenden Zylinder beschränkt. Es kann auch nur einer der Zylinderräume 6 bzw. 7 mit einem Druckmedium beaufschlagt werden, während in dem anderen Zylinderraum eine Gegendruckfeder angeordnet ist.
Als Druckmedium kann jedes beliebige Fluid verwendet werden, so dass das Aggregat als hydraulisches oder pneumatisches Aggregat ausgebildet sein kann.
In den bisher beschriebenen Merkmalen entspricht das Zylinder-Kolben-Aggregat dem bekannten Stand der Technik und aus dem Stand der Technik bekannte Abwandlungen sind möglich.
Um den Hubweg des Kolbens 4 bzw. der Kolbenstange 5 z.B. für einen Stell- oder Regelprozess zu messen, ist erfindungsgemäß die nachfolgende Hubweg-Messeinrichtung vorgesehen.
An der inneren Zylinderwandung des Zylinderrohres 3 ist ein Folienpotentiometer 10 angeordnet. Ein solches Folienpotentiometer 10 (auch als Membranpotentiometer bezeichnet) weist im Wesentlichen eine Widerstandsbahn und einen dieser Widerstandsbahn zugeordneten Leiterstreifen auf, die in einem geringen gegenseitigen Abstand parallel zu einander verlaufen. Die Widerstandsbahn und der Leiterstreifen sind allseitig z.B. in eine Kunststoffhülle eingeschlossen. Durch einen von außen wirkenden Kontaktdruck werden der Leiterstreifen und die Widerstandsbahn an einem definierten Längenpunkt der Widerstandsbahn in leitenden Kontakt gebracht, so dass der Leiterstreifen als Mittelabgriff einer Potentiometerschaltung verwendet werden kann.
Das Folienpotentiometer 10 ist als langgestreckter Streifen ausgebildet, der in Axialrichtung an der inneren Zylinderwand des Zylinderrohres 3 angebracht ist und sich im Wesentlichen über die gesamte axiale Länge des Zylinderrohres 3 erstreckt. Die in der Zeichnung nicht dargestellten elektrischen Anschlüsse des Folienpotentiometers 10 sind an dessen beiden Enden aus dem Zylinder herausgeführt, so dass die Potentiometerstellung als Signal einer Verarbeitung, z.B. einer Regelung oder Steuerung zugeführt werden kann. Das Folienpotentiometer 10 kann unmittelbar auf die innere Zylinderwandung des Zylin derrohres 3 aufgebracht und vorzugsweise durch Verkleben befestigt werden. In der in der Zeichnung dargestellten Ausführung ist in der inneren Zylinderwandung eine axial verlaufende Nut 9 eingearbeitet, deren Grund eine zur Zylinderachse koaxiale Fläche bildet, deren Breite der Breite des Folienpotentiometers 10 und deren radiale Tiefe der Dicke des Folienpotentiometers 10 entspricht. In diese Nut 9 ist das Folienpotentiometer 10 eingesetzt und vorzugsweise eingeklebt. Das Folienpotentiometer 10 füllt somit die Nut 9 vollständig auf und fügt sich mit seiner dem Zylinderraum zugewandten Oberfläche flächenbündig in die zylindrische Zylinderwand ein.
Die Kolbendichtung 8 liegt mit ihrer abgerundeten Dichtkante unter ihrer radialen Eigenvorspannkraft dichtend an der inneren Zylinderwandung und damit auch an dem Folienpotentiometer 10 an. Die Eigenvorspannkraft der Kolbendichtung 8, unterstützt durch den in den Zylinderräumen 6 und 7 wirkenden Druck, bewirkt dabei ein Anpressen der abgerundeten Dichtkante der Kolbendichtung 8 gegen das Folienpotentiometer 10, wodurch im Bereich der Kolbendichtung 8 der Kontaktdruck für das Folienpotentiometer 10 bewirkt wird. Da nur eine einzige Kolbendichtung 8 vorgesehen ist, entspricht der durch diese Kolbendichtung 8 bewirkte Kontakt des Folienpotentiometers 10 eindeutig der axialen Hubstellung des Kolbens 4. An dem Folienpotentiometer 10 kann somit ein exakt dem Hubweg des Kolbens 4 bzw. der Kolbenstange 5 proportionaler Widerstand bzw. ein proportionales Spannungssignal abgegriffen werden.

1: Zylinderkopf
2: Zylinderdeckel
3: Zylinderrohr
4: Kolben
5: Kolbenstange
6: Zylinderraum
7: Zylinderraum
8: Kolbendichtung
9: Nut
10: Folienpotentiometer

Claims

Zylinder-Kolben-Aggregat, mit einem in einem Zylinder (1, 2, 3) axial beweglichen Kolben (4), der mit einem Druckmedium beaufschlagbar und an seinem Umfang gegen die innere Zylinderwandung abgedichtet ist, und mit einem in dem Zylinder (3) angeordneten linearen Potentiometer zur Messung des Hubweges des Kolbens (4), dadurch gekennzeichnet, dass das Potentiometer ein an der inneren Zylinderwandung in Achsrichtung verlaufend angeordnetes Folienpotentiometer (10) ist und dass ein an dem Kolben (4) angebrachtes Element einen radial zur Zylinderachse gerichteten Kontaktdruck auf das Folienpotentiometer (10) ausübt.
Zylinder-Kolben-Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Element ein im Umfang des Kolbens (4) gelagerter Ring ist.
Zylinder-Kolben-Aggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Element eine Kolbendichtung (8) ist.
Zylinder-Kolben-Aggregat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (4) nur eine einzige Kolbendichtung (8) aufweist.
Zylinder-Kolben-Aggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Folienpotentiometer (10) im Wesentlichen über die gesamte axiale Länge des Zylinderraumes erstreckt.
Zylinder-Kolben-Aggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Folienpotentiometer (10) als in Richtung der Zylinderachse langgestreckter schmaler Streifen ausgebildet ist.
Zylinder-Kolben-Aggregat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Folienpotentiometer (10) auf der Zylinderwandung aufliegend befestigt ist.
Zylinder-Kolben-Aggregat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Folienpotentiometer (10) in eine axiale Nut (9) der Zylinderwandung eingesetzt ist, deren Nutengrund eine zur Zylinderachse koaxiale Fläche bildet.
Zylinder-Kolben-Aggregat nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Folienpotentiometer (10) an die Zylinderwandung bzw. in die Nut (9) geklebt ist.