DE202013003314U1 - Position measuring system - Google Patents
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Abstract
Positionsmesssystem für Arbeitsmaschinen, insbesondere für Radlader, wobei das Positionsmesssystem wenigstens einen Hydraulikzylinder und wenigstens einen Sensor zur Erfassung der Position des Hydraulikzylinders aufweist, wobei der Hydraulikzylinder einen kolbenseitigen Abschnitt aufweist, in dem der Kolben hin- und her bewegbar angeordnet ist und eine Kolbenstange, die in und aus dem kolbenseitigen Abschnitt ein- und ausfahrbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionsmesssystem des Weiteren wenigstens ein Schutzelement aufweist und dass sich der Sensor zumindest bereichsweise in wenigstens einer Position des Hydraulikzylinders zwischen dem Hydraulikzylinder und dem Schutzelement befindet.Position measuring system for work machines, in particular for wheel loaders, the position measuring system having at least one hydraulic cylinder and at least one sensor for detecting the position of the hydraulic cylinder, the hydraulic cylinder having a piston-side section in which the piston is arranged to be movable back and forth and a piston rod which can be retracted and extended in and out of the piston-side section, characterized in that the position measuring system furthermore has at least one protective element and that the sensor is at least partially in at least one position of the hydraulic cylinder between the hydraulic cylinder and the protective element.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Positionsmesssystem für Arbeitsmaschinen, insbesondere für Radlader, wobei das Positionsmesssystem wenigstens einen Hydraulikzylinder und wenigstens einen Sensor zur Erfassung der Position des Hydraulikzylinders aufweist, wobei der Hydraulikzylinder einen kolbenseitigen Abschnitt aufweist, in dem der Kolben hin und her bewegbar angeordnet ist und eine Kolbenstange, die in und aus dem kolbenseitigen Abschnitt ein- und ausfahrbar ist.The present invention relates to a position measuring system for working machines, in particular for wheel loaders, wherein the position measuring system comprises at least one hydraulic cylinder and at least one sensor for detecting the position of the hydraulic cylinder, wherein the hydraulic cylinder has a piston-side portion in which the piston is arranged movable back and forth and a piston rod which is retractable in and out of the piston side section.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, derartige Positionsmesssysteme einzusetzen. Im Zuge der Automatisierung von Lade- und Entladeprozessen insbesondere bei Radladern werden derartige Positionsmesssysteme unter anderem zur Positionsermittlung des Hubgerüstes bzw. zur Positionsermittlung von Lade- und Kippzylindern benötigt, die den Ist-Wert des Hubzylinderauszugs bzw. der Kolbenstange an eine Steuerungs- oder Reglungseinheit liefern. Die aus dem Stand der Technik bekannten Sensoren werden im Inneren des Hydraulikzylinders angeordnet. Durch den Einbau des Sensors bzw. der Messsensorik innerhalb des Hydraulikzylinders sind die Kosten der Herstellung vergleichsweise hoch. Zusätzlich entsteht ein relativ hoher Wartungsaufwand, wenn der Messsensor versagt, da eine Demontage oder ein Gesamtaustausch des Hydraulikzylinders erforderlich wird.From the prior art it is known to use such position measuring systems. In the course of the automation of loading and unloading processes, especially in wheel loaders, such position measuring systems are required, inter alia, for determining the position of the mast or for determining the position of loading and tilting cylinders, which supply the actual value of the lifting cylinder extension or the piston rod to a control or regulating unit , The known from the prior art sensors are arranged in the interior of the hydraulic cylinder. By installing the sensor or the measurement sensor within the hydraulic cylinder, the cost of manufacturing are relatively high. In addition, a relatively high maintenance costs arise when the measuring sensor fails, as a disassembly or a total replacement of the hydraulic cylinder is required.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Positionsmesssystem der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass dieses mit vergleichsweise geringem Aufwand montiert und gewartet werden kann.The present invention has the object of developing a position measuring system of the type mentioned in such a way that this can be mounted and maintained with relatively little effort.
Diese Aufgabe wird durch ein Positionsmesssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Danach ist vorgesehen, dass das Positionsmesssystem des Weiteren wenigstens ein Schutzelement aufweist und dass sich der Sensor zumindest bereichsweise in wenigstens einer Position des Hydraulikzylinders zwischen dem Hydraulikzylinder und dem Schutzelement befindet.This object is achieved by a position measuring system with the features of
Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass der wenigstens eine Sensor nicht innerhalb des Hydraulikzylinders bzw. innerhalb des kolbenseitigen Abschnittes des Hydraulikzylinders angeordnet ist, sondern außerhalb des Hydraulikzylinders, und zwar zwischen dem Hydraulikzylinder und dem genannten Schutzelement, das beispielsweise als Schutzblech ausgeführt sein kann. Insbesondere bei eingekippter Schaufel eines Radladers ist die Gefährdung durch herabfallendes, überbordendes Ladegut groß. Das Schutzelement schützt den Sensor vor Beschädigung und kann gleichzeitig als Schutzelement für den Hydraulikzylinder selbst dienen.According to the invention it is thus provided that the at least one sensor is not disposed within the hydraulic cylinder or within the piston side portion of the hydraulic cylinder, but outside of the hydraulic cylinder, between the hydraulic cylinder and said protective element, which may be embodied for example as a fender. In particular, with a tilted blade of a wheel loader is the risk of falling overflowing load large. The protective element protects the sensor from damage and can also serve as a protective element for the hydraulic cylinder itself.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Schutzelement so ausgebildet ist, dass kein Ladegut aus der Schaufel auf die Kolbenstange des Hydraulikzylinders fällt. Dadurch wird eine Verunreinigung oder eine Beschädigung der Kolbenstange verhindert und damit auch Folgeschäden, wie beispielsweise Korrosion, die zu einer Undichtigkeit zwischen dem kolbenseitigen Abschnitt des Hydraulikzylinders an der Kolbenstange führen könnte. Vorzugsweise ist das Schutzelement so ausgebildet, dass es zumindest bei eingefahrener Kolbenstange den Hydraulikzylinder teilweise oder vollständig überdeckt und damit zu dessen Schutz dient.It is preferably provided that the protective element is designed so that no load from the blade falls on the piston rod of the hydraulic cylinder. As a result, contamination or damage to the piston rod is prevented and thus also consequential damage, such as corrosion, which could lead to leakage between the piston-side portion of the hydraulic cylinder on the piston rod. Preferably, the protective element is designed so that it partially or completely covers the hydraulic cylinder at least when retracted piston rod and thus serves to protect it.
Wenigstens ein Element des Sensors befindet sich vorzugsweise an dem kolbenseitigen Abschnitt des Hydraulikzylinders und ist beispielsweise an dessen Außenseite montiert. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Sensor kein Element aufweist, das sich innerhalb des kolbenseitigen Abschnittes des Hydraulikzylinders befindet.At least one element of the sensor is preferably located on the piston-side portion of the hydraulic cylinder and is mounted, for example, on the outside thereof. It is preferably provided that the sensor has no element which is located within the piston-side portion of the hydraulic cylinder.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Schutzelement derart an der Kolbenstange angeordnet ist, dass es mit der Kolbenstange bewegt wird. In diesem Fall ist das Schutzelement z. B. fest oder lösbar an der Kolbenstange fixiert und wird somit mit der Kolbenstange linear bewegt. Weist das Schutzelement eine Länge bzw. Abmessung auf, die zumindest der der Kolbenstange im ausgefallenen Zustand entspricht, kann die Kolbenstange somit in jeder beliebigen Arbeitsposition durch das Schutzelement geschützt werden.Furthermore, it can be provided that the protective element is arranged on the piston rod such that it is moved with the piston rod. In this case, the protective element z. B. fixed or releasably fixed to the piston rod and is thus moved linearly with the piston rod. If the protective element has a length or dimension which corresponds at least to that of the piston rod in the failed state, the piston rod can thus be protected by the protective element in any desired working position.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Schutzelement derart ausgebildet ist, dass es in wenigstens einer Position des Hydraulikzylinders den Sensor vollständig überdeckt. Denkbar ist es, dass das wenigstens eine Schutzelement so ausgebildet ist, dass der Sensor stets überdeckt wird, und zwar unabhängig davon, in welcher Position sich der Hydraulikzylinder befindet.In a further embodiment of the invention it is provided that the protective element is designed such that it completely covers the sensor in at least one position of the hydraulic cylinder. It is conceivable that the at least one protective element is designed so that the sensor is always covered, regardless of the position in which the hydraulic cylinder is located.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Schutzelement beweglich, vorzugsweise verschieblich angeordnet ist. Vorzugsweise ist das Schutzelement beweglich und vorzugsweise verschieblich relativ zu dem kolbenseitigen Abschnitt des Hydraulikzylinders angeordnet. Dazu können eine oder mehrere Führungen vorgesehen sein, in oder an denen das Schutzelement verschieblich gelagert ist.Furthermore, it can be provided that the protective element is arranged to be movable, preferably displaceable. Preferably, the protective element is movable and preferably arranged displaceable relative to the piston-side portion of the hydraulic cylinder. For this purpose, one or more guides may be provided in or on which the protective element is displaceably mounted.
Um den Vorteil zu erreichen, dass der kolbenseitige Abschnitt des Hydraulikzylinders auch bei ausgefahrener Kolbenstange geschützt wird und somit auch der ansonsten gegebenenfalls freiliegende Abschnitt des Sensors, kann vorgesehen sein, dass die Führung ihrerseits zumindest teilweise als Schutzelement ausgebildet ist und sich der Sensor zumindest bereichsweise zwischen dem Hydraulikzylinder und der als Schutzelement ausgeführten Führung befindet. In diesem Fall sind somit vorzugsweise zumindest zwei Schutzelemente oder ein entsprechend langes Schutzelement vorgesehen, wobei eines mit der Kolbenstange bewegt wird und eines ortsfest an dem kolbenseitigen Abschnitt des Hydraulikzylinders angeordnet sein kann.In order to achieve the advantage that the piston-side section of the hydraulic cylinder is protected even when the piston rod is extended and thus also the otherwise possibly exposed portion of the sensor, it can be provided that the guide is in turn at least partially formed as a protective element and the sensor at least partially between the hydraulic cylinder and the guide designed as a protective element is located. In this case, therefore, preferably at least two protective elements or a correspondingly long protective element are provided, wherein one is moved with the piston rod and one can be arranged in a stationary manner on the piston-side portion of the hydraulic cylinder.
Denkbar ist es, diese beiden Elemente des Schutzelementes teleskopartig miteinander zu verbinden oder auch als zwei unabhängig voneinander ausgeführte Elemente, die z. B. übereinander geschoben werden können, wenn die Kolbenstange eingefahren wird.It is conceivable to connect these two elements of the protective element telescopically with each other or as two independently executed elements, the z. B. can be pushed over each other when the piston rod is retracted.
Der Sensor kann wenigstens ein ortsfestes Sensorelement und wenigstens ein mit der Kolbenstange bewegliches Sensorelement aufweisen.The sensor may have at least one stationary sensor element and at least one sensor element movable with the piston rod.
Denkbar ist es, dass der Sensor wenigstens ein Sensorelement aufweist, das stabförmig ausgebildet ist und/oder das eine Länge aufweist, die zumindest dem maximalen Verfahrweg der Kolbenstange entspricht.It is conceivable that the sensor has at least one sensor element which is designed rod-shaped and / or which has a length which corresponds at least to the maximum travel of the piston rod.
Denkbar ist es weiterhin, dass der Sensor wenigstens ein Sensorelement aufweist, das an wenigstens zwei Stellen gelagert ist, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass eine Stelle als Festlager und eine Stelle als Loslager ausgebildet ist. Diese Ausführungsform bringt den Vorteil mit sich, dass etwaige Längenänderungen des Sensorelementes, die durch Temperaturunterschiede bedingt sein können, ausgeglichen werden können.It is also conceivable that the sensor has at least one sensor element which is mounted on at least two points, wherein it is preferably provided that a point is designed as a fixed bearing and a point as a floating bearing. This embodiment has the advantage that any changes in length of the sensor element, which may be due to temperature differences, can be compensated.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Sensor wenigstens ein Sensorelement, vorzugsweise wenigstens einen Magneten aufweist, der an dem Schutzelement angeordnet ist. Denkbar ist es beispielsweise, dass auf der zu dem Hydraulikzylinder gewandten Seite des Schutzelementes ein oder mehrere Magnete oder sonstige Sensorelemente angeordnet sind, die mit dem Sensorelement bewegt werden. Durch die Relativbewegung zwischen dem Magneten bzw. dem sonstigen Sensorelement und dem ortsfesten Teil des Sensorelementes, der an dem kolbenseitigen Abschnitt des Hydraulikzylinders angeordnet sein kann, kann die Position des Sensorelementes und damit auch der Kolbenstange genau bestimmt werden.In a further embodiment of the invention it is provided that the sensor has at least one sensor element, preferably at least one magnet, which is arranged on the protective element. It is conceivable, for example, that on the side facing the hydraulic cylinder side of the protective element one or more magnets or other sensor elements are arranged, which are moved with the sensor element. Due to the relative movement between the magnet or the other sensor element and the stationary part of the sensor element, which can be arranged on the piston-side portion of the hydraulic cylinder, the position of the sensor element and thus also the piston rod can be accurately determined.
Die Art des Sensors ist nicht beschränkt. In Betracht kommt beispielsweise ein magnetoresistiver oder ein magnetostriktiver Sensor bzw. ein Sensor, der wenigstens einen Magneten umfasst, ein Bandsensor oder auch ein Sensor, der über einen oder mehrere Seilzüge verfügt.The type of sensor is not limited. For example, a magnetoresistive or a magnetostrictive sensor or a sensor comprising at least one magnet, a tape sensor or else a sensor having one or more cables can be considered.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Arbeitsmaschine, insbesondere einen Radlader mit wenigstens einem durch einen Hydraulikzylinder bewegbaren Element, wobei die Arbeitsmaschine zumindest ein Positionsmesssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 aufweist.The invention further relates to a work machine, in particular a wheel loader with at least one element which can be moved by a hydraulic cylinder, wherein the work machine has at least one position measuring system according to one of
Die Arbeitsmaschine kann wenigstens ein Hubgerüst und wenigstens ein daran angeordnetes Arbeitsgerät aufweisen, wobei das Hubgerüst und das Arbeitsgerät über eine Z-Kinematik oder über eine Parallelkinematik oder auch über eine beliebig andere Kinematik verbunden sind. Im Falle der Parallelkinematik können ein oder mehrere Kippzylinder vorhanden sein. Ist nur ein Kippzylinder vorgesehen, kann dieser z. B. mittig angeordnet sein.The work machine can have at least one mast and at least one implement arranged thereon, wherein the mast and the implement are connected via a Z-kinematics or via a parallel kinematics or also via any other kinematics. In the case of parallel kinematics, one or more tilt cylinders may be present. If only one tilt cylinder provided, this z. B. be arranged centrally.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Arbeitsmaschine wenigstens ein Hubgerüst und wenigstens ein darin angeordnetes Arbeitsgerät aufweist und dass es sich bei dem Hydraulikzylinder des Positionsmesssystems um einen Hydraulikzylinder zur Betätigung des Arbeitsgerätes und/oder um einen Hydraulikzylinder zur Betätigung des Hubgerüstes handelt.Furthermore, it can be provided that the working machine has at least one mast and at least one working device arranged therein and that the hydraulic cylinder of the position measuring system is a hydraulic cylinder for actuating the working device and / or a hydraulic cylinder for actuating the mast.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:Further details and advantages of the invention will be described with reference to an embodiment shown in the drawing. Show it:
Das Bezugszeichen
Der Hydraulikzylinder
Das Bezugszeichen
Das Arbeitsgerät befindet sich im einkippten Zustand, der Kippzylinder
Wie dies aus
Durch die vorliegende Erfindung wird ein Schutz des Sensors bei besonderen Einsatzbedingungen, vorzugsweise beim Betrieb eines Radladers gewährleistet. Dadurch ergeben sich Vorteile beim Betrieb und bei der Wartung der Arbeitsmaschine. Aufgrund der Tatsache, dass der Sensor, der vorzugsweise als Linearsensor ausgeführt ist, sich auf der Außenseite des Hydraulikzylinders befindet, muss bei dessen Defekt nicht der gesamte Zylinder ausgetauscht werden, was mit einem erheblichen Kostenfaktor verbunden ist, da ein neuer Zylinder benötigt wird und der Ein- und Ausbau vor Ort erforderlich ist. Vielmehr ist es ausreichend, den Sensor selbst auszutauschen, was ohne einen Ausbau oder Austausch des Hydraulikzylinders möglich ist.The present invention ensures protection of the sensor under special conditions of use, preferably during operation of a wheel loader. This results in advantages in the operation and maintenance of the machine. Due to the fact that the sensor, which is preferably designed as a linear sensor is located on the outside of the hydraulic cylinder, its defect does not require the entire cylinder to be replaced, which is associated with a significant cost factor, since a new cylinder is required and the Installation and removal on site is required. Rather, it is sufficient to replace the sensor itself, which is possible without removal or replacement of the hydraulic cylinder.
Der Hydraulikzylinder
Das Bezugszeichen
Wie dies aus
Mit dem Bezugszeichen
Das Schutzelement
Das Bezugszeichen
Das stangenartige Sensorelement ist an zwei Auflagerpunkten
Als Beispiel in
Der Sensor wird am Hydraulikkolben bzw. am kolbenseitigen Abschnitt
Im oberen Bereich des Winkelprofils
Der Sensor
Wie oben ausgeführt, ist das Sensorelement
Mit dem Bezugszeichen
Die dargestellten Führungen
Der Magnet
Die Position des Magneten
Anstatt einer kabelgebundenen Übertragung ist es auch denkbar und von der Erfindung umfaßt, eine drahtlose Übertragung der Sensorsignale vorzunehmen. Möglich ist beispielsweise eine Funkeinheit, die per Funk die Sensorsignale an einer Steuer- oder Regelungseinheit überträgt.Instead of a wired transmission, it is also conceivable and includes the invention to carry out a wireless transmission of the sensor signals. For example, a radio unit is possible which transmits the sensor signals by radio to a control or regulation unit.
Die stangenseitigen und kolbenseitigen Lager sind mit dem Bezugszeichen
Das Bezugszeichen
Mit dem Bezugszeichen
Wie oben ausgeführt, ist von der Erfindung die Verwendung eines einzigen Schutzelementes sowie auch mehrerer Schutzelemente umfasst, wobei diese Schutzelemente die Aufgabe haben, die Kolbenstange bzw. den Hydraulikzylinder und/oder den Sensor zu schützen. Der Sensor kann über wenigstens ein Befestigungselement direkt oder indirekt an dem Hydraulikzylinder befestigt sein. Er kann sich aus einer oder mehreren Elektronikbauteilen und/oder mehreren Sensorstangen, wie sie beispielsweise in
Auch die Führungen zur Führung des Schutzelementes können einfach oder mehrfach ausgeführt sein, wie dies insbesondere aus
Durch die Erfindung wird die Anordnung wenigstens eines Sensors in besonderen Einsatzbedingungen, vorzugsweise im Bereich, in dem Ladegut anhand der Verschmutzungen auf den Sensor gelangen können, unter Schutz gestellt. Der Sensor ist außerhalb des Hydraulikzylinders angeordnet und wird unter Verwendung eines Schutzelementes, das beispielsweise ohnehin schon an der Arbeitsmaschine existent ist, geschützt.By means of the invention, the arrangement of at least one sensor under special conditions of use, preferably in the region in which the load can reach the sensor on the basis of the contaminants, is protected. The sensor is arranged outside the hydraulic cylinder and is protected by using a protective element, which already exists, for example, already on the working machine.
Durch den Verzicht auf den Verbau von Messsensorik im Inneren des Hydraulikzylinders und insbesondere im Endbereich des Zylinders entfällt eine Abdichtung zur Hydraulikflüssigkeit im Zylinder. Es geht keine zusätzliche Baulänge durch Einbringung des Sensors im Endteil des Zylinders verloren. Dies ist insbesondere beim Verbau des Kippzylinders in der Industriekinematik von Bedeutung, da eine zusätzliche Baulänge die Winkelverhältnisse zur Schaufelanlenkung verschlechtern würde.By dispensing with the installation of measuring sensors in the interior of the hydraulic cylinder and in particular in the end region of the cylinder, there is no sealing to the hydraulic fluid in the cylinder. There is no additional length lost by introducing the sensor in the end of the cylinder. This is particularly important when installing the tilt cylinder in the industrial kinematics, as an additional length would deteriorate the angular relationships to Schaufelanlenkung.
Durch die externe Anbringung der Sensorik am Hydraulikzylinder werden Kosten eingespart, und zwar sowohl Wartungskosten als auch Kosten für die Herstellung des Positionsmesssystems.The external attachment of the sensors on the hydraulic cylinder saves costs, both maintenance costs and costs for the production of the position measuring system.
Durch das Fehlen zusätzlicher Baulängen wird die Kinematik optimiert und der Lade- und Entladevorgang somit einfacher gestaltet.Due to the lack of additional lengths, the kinematics are optimized, making the loading and unloading process easier.
Aufgrund der Tatsache, dass Hydraulikzylinder bis über 200 kg wiegen können, ist von Bedeutung, dass im Fehlerfall nicht der gesamte Zylinder ausgetauscht werden muss, sondern nur der Sensor. Auf zusätzliche Hilfsmittel vor Ort, wie beispielsweise einen Kran kann somit verzichtet werden.Due to the fact that hydraulic cylinders can weigh up to more than 200 kg, it is important that, in the event of a fault, not the entire cylinder needs to be replaced, only the sensor. Additional tools on site, such as a crane can thus be dispensed with.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R207 | Utility model specification |
Effective date: 20140814 |
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R156 | Lapse of ip right after 3 years |