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Die
Erfindung betrifft eine Kolben-Zylinder-Einheit, wie sie typischerweise
bei Kranen, beispielsweise Fahrzeug- oder Raupenkranen, verwendet
werden.
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Gerade
im Kranbau treten häufig Aufgabenstellungen auf, bei denen
Signale und elektrische Verbindungen zu weit entfernten Orten zu
führen sind. Manchmal sind diese Stellen auch längenveränderlich
mit dem Grundgerät verbunden, wie zum Beispiel bei der
Abstützung eines Krans. So will man bei der Abstützung
eines Krans beispielsweise wissen, welche Vertikalkräfte
von Stützen aufgenommen werden. Hierzu sind entsprechende
Sensoren vorgesehenen. Eine mögliche Lösung besteht
darin, daß am Ende des sogenannten Stützfußes
ein Kraftsensor vorgesehen ist. Dies ergibt sich beispielsweise aus
der
EP 13 66 25 3 B1 ,
in welcher ein Sensor zwischen dem Abstützholm und dem
Abstützteller oder am Ende des Abstützholms vorgesehen
ist. Aus der
DE 10
32 03 82 A1 ist es bekannt, eine Kabelverbindung zwischen
Schiebeholm und Abstützteller vorzusehen.
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Die
in der Kolben-Zylinder-Einheit vorgesehen Sensoren liefern Daten,
welche im Einsatz bei einem Fahrzeug- oder Raupenkran der Kransteuerung zuzuführen
sind. Darüber hinaus benötigt der Sensor Energie.
Die aus dem Stand der Technik be kannte Verbindung weist große
Probleme auf, da die Kabel in der Regel frei geführt sind
und damit Beschädigungen ausgesetzt sind. Soweit die Verbindungskabel bei
einer Abstützung eines Fahrzeug- oder Raupenkrans zum Einsatz
kommen, muß berücksichtigt werden, daß diese
Abstützung sowohl in horizontaler Richtung (durch die Schiebeholme)
wie auch in vertikaler Richtung (durch die Abstützzylinder)
verschoben werden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine bekannte Kolben-Zylinder-Einheit derart
weiterzubilden, daß in diese vorgesehenen Sensoren in einfacher
und sicherer Art und Weise mit Energie versorgt werden können
und daß die von den Sensoren erzeugten Signale in ebenso
einfacher Weise übertragen werden können.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Demzufolge
ist eine Kolben-Zylinder-Einheit mit einem in einem Zylinder verschieblich
gelagerten Kolben mit anschließender Kolbenstange vorgeschlagen,
bei der der Kolben und die Kolbenstange einen Hohlraum aufweisen,
in welchen mindestens eine Stange hereinragt, über die
direkt oder indirekt eine elektrisch leitende Verbindung herstellbar
ist.
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Bevorzugte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den sich an den Hauptanspruch
anschließenden Unteransprüchen.
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Demnach
kann die Innenseite der Kolbenstange zumindest über einen
Teil ihrer Länge mit einer Isolatorschicht überzogen
sein, auf deren Außenseite wiederum eine leitende Schicht
aufgebracht ist.
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Gemäß einer
anderen vorteilhaften Ausgestaltung kann im Hohlraum des Kolbens
und der Kolbenstange eine Stange angeordnet sein, auf der eine leitende
Schicht aufgebracht ist.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung kann die mit einem
elektrischen Anschluß versehene Stange an der Oberseite
des Zylinders befestigt sein und in den Hohlraum der Kolbenstange
und des Kolbens eintauchen, wobei die Stange elektrisch leitend
mit der leitenden Schicht in der Kolbenstange verbunden ist. Diese
elektrische Verbindung kann vorteilhaft aus einer federbelasteten
Schleifverbindung bestehen.
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Vorzugsweise
kann mit einem elektrischen Anschluß versehene und an der
Oberseite des Zylinders befestigte Stange eine Isolatorschicht aufweisen,
wobei die wahlweise im Hohlraum des Kolbens und der Kolbenstange
angeordnete Stange in die an der Oberseite des Zylinders befestigte
hohl ausgeführte Stange eintaucht.
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Vorteilhaft
kann zwischen der Stange und der Zylinderwand eine elektrische Isolierung
vorgesehen ist. So kann die Stange unter Spannung gesetzt werden,
ohne daß diese auf den Zylinder übertragen wird.
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An
den elektrisch leitenden Bereichen der Kolbenstange kann mindestens
ein Sensor angeordnet sein, der über die elektrischen Leiter
mit Strom versorgbar ist.
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Vorteilhaft
sind die Meßwerte des mindestens einen Sensors über
eine Spannungsmodulation der Energieversorgung an die vorhandene
Steuerung weitergebbar und dort auswertbar.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die leitende
Schicht auf der Isolatorschicht eine Teillänge (a) der
Kolbenstange überdecken, so daß der elektrische
Kontakt der eintauchenden Stange nach Verlassen des leitenden Bereichs
unterbrochen ist, wobei das Verlassen des leitenden Bereichs von
einer Steuerung erfaßbar ist.
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In
diesem Fall wird also die leitende Schicht in einer geeigneten Länge
gewählt. Wird nun der Kolben zu weit aus dem Zylinder herausgezogen,
so wird der Kontakt zwischen der Stange und der leitenden Schicht
unterbrochen. Die Steuerung erhält nun in dem Fall, daß die
Kolbenstange diesen definierten Bereich verlassen hat, kein Signal
mehr von dem mindestens einen Sensor innerhalb des Zylinders. Über
eine vorhandene Steuerung kann hier eine bestimmte Routine gestartet
werden, wie beispielsweise die Ausgabe eines Warnsignals oder sogar
ein Eingriff in die Steuerung in Form eines Bewegungsstopps. Hierdurch
kann in einfacher Weise verhindert werden, daß die Kolben-Zylinder-Einheit „auf
Block” gefahren wird. Dieses „auf Block” Fahren
der Kolben-Zylinder-Einheit kann bei Verwendung einer Kolben-Zylinder-Einheit
in der Abstützung eines Fahrzeug- oder Raupenkrans leicht
dadurch erfolgen, daß der Kranfahrer den Zylinder sehr
weit ausfährt, so daß er „auf Block” steht.
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Zum
anderen kann der Kranfahrer aber den Kolben auch soweit herausfahren,
daß er nur noch wenig Weg zurücklegen kann, bis
er „auf Block” steht. Ist die Abstützung
bei geringer Temperatur erfolgt kann bei nachfolgender starker Erwärmung
beispielsweise aufgrund von Sonneneinstrahlung sich das Öl
im Zylinder so stark ausdehnen, daß die Kolbenstange weiter
ausgeschoben wird und nachträglich „auf Block” gefahren
wird. Dieses sogenannte „auf Block” Fahren wird
durch die vorgenannte Längenüberwachung sicher
verhindert.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann ein optischer
Wegsensor mit zugehöriger Zentraleinheit (CPU) vorgesehen sein, über
den die Spannungsversorgung nachgeschalteter Sensoren erfolgt. Der
Wegsensor kann die von den Sensoren modulierte Spannung aufnehmen und über
einen Busanschluß der Hauptsteuerung neben den eigenen
Meßergebnissen bereitstellen. Dabei können die
Sensoren beispielsweise die Abstützkraft eines Abstütztellers
einer Abstützvorrichtung eines Fahrzeugskranes messen.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der
Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher
erläutert. Es zeigen:
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1:
den Einsatz einer erfindungsgemäßen Kolben-Zylinder-Einheit
im Rahmen einer Abstützung eines Fahrzeugkrans,
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2:
einen Schnitt durch eine Kolben-Zylinder-Einheit, wie sie beispielhaft
in 1 dargestellt ist,
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3:
ein Detail der 2,
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4:
ein weiteres schematisches Detail gemäß 2,
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5:
eine alternative Ausführungsform einer Kolben-Zylinder-Einheit
gemäß der vorliegenden Erfindung in ausgezogener
Stellung und
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6:
die Ausführungsform gemäß 5 in eingefahrener
Stellung.
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In 1 ist
schematisch ein Fahrzeugkran 10 mit einem ausgefahrenen
Schiebeholm 12 gezeigt. Der ausfahrbare Schiebeholm 12 weist
eine Kolben-Zylinder-Einheit 14 auf, an deren freien Ende ein
Abstützteller 16 zur Abstützung auf dem
Boden angeordnet ist. Zur Erfassung der Abstützkraft ist
ein Kraftsensor 18 in der Kolben-Zylinder-Einheit 14 angeordnet.
Der erfindungsgemäße Aufbau der Kolben-Zylinder-Einheit 14 ergibt
sich aus den 2 bis 4. Die Kolben-Zylinder-Einheit 14 besteht
im wesentlichen aus einem Zylinder 100, einem Kolben 110 und
einer an diesen anschließenden Kolbenstange 120.
In der 2 ist ebenfalls der Abstützteller 16 und
ein Kraftsensor 18 zu Messung der Abstützkraft angeordnet.
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An
der Oberseite des Zylinders 100 ist eine elektrisch leitende
Stange 130 befestigt und bis zu Außenseite des
Zylinders 100 geführt. An der Außenseite
des Zylinders ist die Stange 130 mit einem elektrischen
Anschluß 132 verbunden (vergleiche 4). Zwischen
der Zylinderwand des Zylinders 100 und der Stange 130 ist
eine elektrische Isolierung 131 vorgesehen.
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Sowohl
der Kolben 110 wie auch die Kolbenstange 120 weisen
einen Durchbruch beziehungsweise einen Hohlraum auf, in welche die
Stange 130, wie in 2 und 4 dargestellt
ist, eintaucht. Selbstverständlich muß zur Funktionsfähigkeit
der Kolben-Zylinder-Einheit die Dichtheit über den vorgesehenen
Druckbereich in der Kolbenstange gegenüber dem Hydrauliköl
gewährleistet sein. Diese Dichtheit muß auch hinsichtlich
der Verbindung der Stange 130 in dem Zylinder 100,
wie sie zuvor beschrieben wurde vorhanden sein. Eine Isolation gegen
das Hydrauliköl ist dagegen nicht notwendig, da dieses
ja selbst elektrisch nicht leitend ist.
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Die
Stange 130 ragt in den Zylinderraum 102 hinein,
durch den Kolben 110 hindurch und in den Innenraum der
Kolbenstange 120 hinein. Dieser Innenraum ist entweder
sowieso vorhanden, da die Kolbenstange aus einem Rohr gefertigt
ist oder wird speziell vorgesehen. Die Stange 130 weist
eine an die Ausnehmung in der Kolbenstange 120 angepaßte Länge
auf. Sie ragt sowohl im vollständig ausgefahrenen, als
auch im vollständig eingefahrenen Zustand der Kolbenstange 120 innerhalb
der Kolben-Zylinder-Einheit 14 in diese hinein.
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Die
Innenseite der Kolbenstange 120 ist, wie sich aus 4 ergibt,
mit einer Isolatorschicht 121 versehen. Auf dieser Isolatorschicht 121 ist über
eine bestimme Länge a eine weitere leitende Schicht 122 aufgebracht.
Sowohl die leitende Schicht 122 wie auch die Isolatorschicht 121 können
auf verschiedene Art und Weise auf die Innenseite der Kolbenstange 120 aufgebracht
werden. So können hier einerseits Zylinder oder auch Flachmaterialien
aufgebracht werden. Die Schichten können auch über
Bedampfung, galvanische Methoden oder ähnliches vorgesehen
werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist das Herstellverfahren
für diese Schichten nicht von Bedeutung. Erfindungsnotwendig
ist es jedoch, daß hier zwei elektrisch getrennte Pole
in und an der Kolbenstange 120 realisiert sind.
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Zwischen
der Stange 130 und der leitenden Schicht 122 ist
eine Verbindung vorgesehen, beispielsweise eine Schleifverbindung.
Diese Verbindung ist in der 4 vereinfacht
durch den Doppelpfeil 90 dargestellt. Vorteilhaft kann
diese über eine federbelastete Schleifverbindung erfolgen.
Es ist unerheblich, ob die Schleifverbindung an der leitenden Schicht 122 oder
an der Stange 130 befestigt ist. Die Verbindung kann vorteilhaft
auch als zusätzliche Lagerung der Stange 130 dienen.
Auch könnte sie auf Höhe des Kolbens 110 vorgesehen
sein, so daß die Stange 130 besonders kurz ausgeführt
werden kann.
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Aufgrund
des vorgenannten Aufbaus ergeben sich nun zwei voneinander getrennte
Leiter am Ende der Kolbenstange 120. Zum einen ist dies
die Kolbenstange 120 selbst und zum anderen die leitende
Schicht 122. An diese beiden Leiter können ein oder
mehrere Sensoren angeschlossen sein, wie beispielsweise der Kraftsensor 18.
Hierdurch kann der mindestens eine Sensor mit Energie versorgt werden.
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Gemäß einer
alternativen und hier nicht näher dargestellten Ausführung
der Erfindung können anstelle der einen Stange 130 auch
zwei Stangen eingesetzt werden.
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Neben
der Energieversorgung für den mindestens einen Sensor müssen
natürlich auch die von den Sensoren erzeugten Daten an
die vorhandene Steuerung weitergegeben werden. Dies kann zum einen
in bekannter Art und Weise kontaktlos über eine Datenfernübertragung
erfolgen. Für diesen Fall sind aber weitere Komponenten
vorzusehen. Alternativ kann in besonders vorteilhafter Art und Weise
die Spannung der Energieversorgung entsprechend dem jeweiligen Signal
moduliert werden. Diese Modulation wird dann von einer Steuerung
aufgenommen und ausgewertet. Hierzu sind deutlich weniger und kostengünstigere
Bauteile notwendig als bei der zuvor erwähnten Datenfernübertragung.
Grundsätzlich ist diese Art der Modulation dem Fachmann
bereits bekannt.
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In 3 ist
ein Detail des Kolbens 110 gezeigt, der über die
Dichtungen 111 und 112 an der Wand des Zylinders 100 anliegt.
Die Dichtungen 111 und 112 können aus
Isolatoren bestehen, so daß in diesem Fall zur Herstellung
einer sicheren leitenden Verbindung eine federbelastete Schleifverbindung 113 vorgesehen
werden kann.
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In
der 4 ist die Länge der leitenden Schicht 122 derart
gewählt, daß hierdurch gleichzeitig eine Überwachungsschaltung
zur Verhinderung des zu starken Ausfahrens des Kolbens 110 aus
dem Zylinder und ein sogenanntes dadurch erzeugtes „Fahren
auf Block” verhindert wird. Wird nämlich der Kolben 110 zu
weit ausgefahren, dann entfällt die leitende Verbindung
zwischen der Stange 130 und der leitenden Schicht 122.
Die hier nicht näher dargestellte Steuerung erhält
in diesem Fall, daß die Kolbenstange 120 den definierten
Bereich verlassen hat, kein Signal mehr von dem oder den Sensoren
am Fuß der Abstützung. Somit kann eine bestimme
Routine gestartet werden. Durch die Anordnung der leitenden Schicht 122 und
einen hierdurch einstellbaren Sicherheitsabstand kann das zu verhindernde „Fahren
auf Block” einfach und wirksam ausgeschlossen werden. Da
der Steuerung bekannt ist, in welcher Richtung der Zylinder bewegt
wird, ist sogar definiert, auf welcher Seite der Zylinder den zulässigen
Bereich verlassen hat. In der 4 ist eine
erste Möglichkeit der Wegbegrenzung durch eine Isolatorschicht 121a und
eine zweite Möglichkeit der Wegbegrenzung durch eine Isolatorschicht 121b realisiert. Der
verfahrbare Weg ergibt sich aus dem für die Schleifverbindung 90 frei
zugänglichen Weg a.
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Die
zuvor erläuterte erfindungsgemäße Kolben-Zylinder-Einheit
läßt sich besonders vorteilhaft in einer Abstützung
in einem ausschiebbaren Schiebeholm 12 eines Fahrzeugkrans 10,
wie er in 1 dargestellt ist, anordnen.
Besonders vorteilhaft kann am Schiebeholmkasten 140, also
an dem feststehenden Teil der Abstützung ein an sich bekannter
optischer Sensor 141 angeordnet sein. An dem Schiebeholm 12 ist
dann ein entsprechender Reflektor 142 angeordnet. Der optische
Sensor 141 und der Reflektor 142 stellen (zwischen
sich drahtlos) die Ausschublänge des Schiebeholms 12 fest.
Somit kann auch dieser weitere für die sichere Abstützung
eines Fahrzeugkrans 10 relevante Parameter gemessen und
an die Steuerung weitergeleitet werden. Im Schiebeholm 12 ist
somit nur eine einzige Leitung 143' zum elektrischen Anschluß notwendig.
Diese Leitung beginnt am optischen Sensor 141. Der optische
Sensor 141 umfaßt zusätzlich eine CPU,
welche die Signale des Sensors 18 und gegebenenfalls noch
vorhandener weiterer Sensoren von der Kolben-Zylinder-Einheit aufnehmen,
verarbeiten und so über ihre eigene Busverbindung 144 der
Kransteuerung (hier nicht näher dargestellt) zuführen.
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In
den 5 und 6 ist eine alternative Ausführungsform
der Erfindung dargestellt. Hier ist eine alternativ aufgebaute Kolben-Zylinder-Einheit 14 gezeigt,
bei der der Abstützteller 16 zur Abstützung
auf dem Boden nicht angebaut ist. Die Kolben-Zylinder-Einheit 14 besteht
auch hier im wesentlichen aus einem Zylinder 100 und einer
an diesen anschließenden Kolbenstange 120. Auch
hier ist an der Oberseite des Zylinders eine Stange 130 befestigt.
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Sowohl
die Kolbenstange 120 wie auch der an ihr anschließende
Kolben 110 weisen jeweils einen Durchbruch bzw. einen Hohlraum
auf, in welchem eine weitere Stange 135 angeordnet ist.
Diese Stange 135 verläuft, wie sich aus dem Vergleich
der 5 und 6 ergibt, innerhalb eines Hohlraums, der
im Zylinder 100 befestigten Stange 130. An der kolbenseitigen
Stange 135 sind Schleifverbindungen 137 angeordnet.
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Über
eine Bohrung 139 im Zylinder 100 kann in hier
nicht näher dargestellter Weise die Stromzuleitung zur
Stange 130 erfolgen.
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Der
zweite elektrische Kontakt 141 wird zwischen dem Zylinder 100 und
der Kolbenstange 120 realisiert. Vorteilhaft ist hierbei,
dass der hier nicht näher dargestellte Kontaktstift nicht
im Bereich des Zylinderraums, also des Hochdrucks, sondern im Bereich
der Ringfläche 143, also des Niederdrucks, erfolgt.
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Im
Rahmen der Erfindung ist eine Reihe von Abwandlungen der hier zuvor
beschriebenen Konstruktion möglich.
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So
ist es beispielsweise möglich, die gemäß der 2 vorgesehene
Bohrung im Kolben 110 kleiner als den Innendurchmesser
der Kolbenstange auszuführen. Dann könnte nicht
nur eine elektrisch isolierte Führung, sondern auch eine
elektrisch isolierte Abdichtung zwischen dem Kolben 110 und
der Stange 130 vorgesehen werden. Der Raum in der Kolbenstange
kann dann ölfrei und somit druckfrei ausgeführt
werden, was eine technische Ausführung grundsätzlich
vereinfacht.
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Im
Rahmen der Erfindung kann die in der 2 dargestellte
Lösung auch umgedreht werden. In diesem Fall wäre
eine größere Stange am oberen Ende des Zylinders
befestigt und könnte durch den Kolben in die Kolbenstange
ragen. Zwischen Kolben und der größeren Stange
würden dann Dichtungen vorgesehen, so daß der
Raum der Kolbenstange nicht mehr mit Öl gefüllt
ist. Vom Boden der Kolbenstange kann eine kleinere Stange in die
größere Stange hineinragen. Die in der 4 vorgesehenen Kontaktflächen
wären bei dieser alternativen Konstruktion in der großen
Stange angeordnet.
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Der
Kraftsensor 18 zur Messung der Abstützkraft ist
einmal mit Energie zu versorgen und zum anderen sind seine Meßergebnisse
an die Steuerung weiterzugeben. Wenn der Kraftsensor ein LSB-Bus-fähiger
Geber ist, dann können beide Anforderungen von einem Kabel
mit digitaler Signalübertragung erbracht werden. Hierzu
wird in der Nähe des Kraftsensors 18 ein Speicherkondensator
angebracht. Über den LSB-Bus wird dann der Kondensator
während der Phase, an der Spannung anliegt, entladen. Dann
versorgt er den Kraftsensor 18 mit dem benötigten
Strom. Hierbei ist die Kapazität des Kondensators an die
Stromaufnahme des Kraftsensors 18 und an die maximale Dauer
der spannungslosen Phase des Übertragungsprotokolls im
LSB-Bus anzupassen. Die Signalübertragung erfolgt dabei, wie
bereits zuvor beschrieben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1366253
B1 [0002]
- - DE 10320382 A1 [0002]