DE202014001604U1

DE202014001604U1 - Kolbenzylindereinheit

Info

Publication number: DE202014001604U1
Application number: DE202014001604.6U
Authority: DE
Original assignee: Liebherr Components Kirchdorf GmbH
Current assignee: Liebherr Components Kirchdorf GmbH
Priority date: 2014-02-19
Filing date: 2014-02-19
Publication date: 2015-05-21
Anticipated expiration: 2024-02-20

Abstract

Kolbenzylindereinheit bestehend aus einem Zylinder und einem Kolben mit einer Vorrichtung zur Positionsbestimmung, wobei diese einen Mikrowellensensor aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrowellensensor außermittig im Boden des Zylinders angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbenzylindereinheit bestehend aus einem Zylinder und einem Kolben mit einer Vorrichtung zur Positionsbestimmung des Kolbens im Verhältnis zum Zylinder.
Eine möglichst exakte Positionsbestimmung eines Zylinderkolbens wird für eine Reihe technischer Anwendungen vorausgesetzt. Insbesondere wird durch die automatisierte Ansteuerung einer Kolbenzylindereinheit die exakte Kolbenposition als Regelgröße benötigt. Zudem kann die Positionsbestimmung zur Erhöhung der Betriebssicherheit beitragen, da der Einlass des Hydraulikmediums, insbesondere der Hydraulikflüssigkeit, in extremen Positionen des Zylinderkolbens exakt gesteuert und folglich rechtzeitig gestoppt werden kann.
Vor allem ist eine präzise Positionsbestimmung bei der automatischen Ansteuerung der Kolbenzylindereinheit bei Baumaschinen bzw. Arbeitsmaschinen von Bedeutung. Die Kolbenzylindereinheit betätigt in üblicher Weise das Arbeitsgerät der Bau- oder Arbeitsmaschine. Eine hinreichend genaue Positionsbestimmung der Kolbenzylindereinheit erhöht die Qualität der Ansteuerung und ist daher dringend erforderlich.
Im Stand der Technik ist es bekannt, die aktuelle Position des Zylinderkolbens durch angeordnete Seilzugpotentiometer zu erfassen.
Aus der DE 10 2005 029 494 A1 ist ein Verfahren zur Positionsbestimmung von Hydraulik- und Pneumatikzylindern bekannt. Die daraus hervorgehende Kolbenzylinderanordnung weist ein Sensorelement auf, das mit einem magnetischen Geberelement in Wechselwirkung steht. Der Kolben übernimmt die Funktion eines Tauchkerns (Geberelement), dessen Position über eine Wegsensorspule (Sensorelement) erfasst und durch eine Auswerteelektronik bestimmt wird. Die Wegsensorspule befindet sich in der kolbenstangenabgewandten Seite des Zylinderrohrs.
Ein weiteres Messprinzip ist aus der DE 10 2011 088 381 A1 bekannt. Das darin angewandte Resonanzmessverfahren bestimmt auf Grundlage der gebildeten Kapazität und der Induktivität der Kolbenzylinderanordnung die aktuelle Position des Kolbens. Als längenveränderliche Variable ist im Wesentlichen die gemessene Induktivität ausschlaggebend. Nachteilig an dem genannten Messverfahren ist es jedoch, dass sporadisch auftretende Kurzschlusseffekte zwischen Kolben und Mantelfläche, beispielsweise durch Verunreinigungen innerhalb der Kolbenzylindereinheit die Messungenauigkeit verfälschen können. Damit besteht ein Restrisiko beim Betrieb derartiger Zylindereinheiten.
Aus der WO 2006/027267 A1 ist es bekannt, Mikrowellensensoren zur hochgenauen Niveaumessung in Luftfedern anzuwenden. Derartige Mikrowellensensoren nutzen die Hochfrequenztechnologie, das heißt Mikrowellen in einem typischen Frequenzbereich von 1 bis 24 GHz. Derartige Mikrowellensysteme werden bereits weitreichend zur Positionsüberwachung eingesetzt, beispielsweise zur Positionsüberwachung in Schweißzangen, Abfragen von Prozessventilen in der Prozesstechnik sowie bei der Positionserfassung von Kolbenzylindereinheiten im Maschinenbau.
Aus der 1 ist eine Kolbenzylindereinheit mit einem derartigen Mikrowellensensor nach dem Stand der Technik gezeigt.
In der 1 ist eine hydraulische Kolbenzylindereinheit 10 dargestellt mit einem Kolben 12, der in einen Zylinder 14 eintaucht. Außerhalb des Zylinders 14 geht der Kolben 12 in die Kolbenstange 16 über. Wie in der 1 dargestellt ist, ist ein Wellensensor in einer entsprechend großen Ausnehmung 20 im Boden des Zylinders 14 angeordnet. In dieser Anordnung nach dem Stand der Technik ist der Sensor 18 zentrisch im Boden des Zylinders 14 platziert. Die Ausnehmung 20 zur Aufnahme des Mikrowellensensors 18 reicht von der Zylinderaußenwand bis zur Mitte des Zylinders 14. Hierdurch wird eine im Zylinderboden schwächende vergleichsweise große Ausnehmung vorgesehen, die konstruktiv unerwünscht ist. Zum anderen ist der Einbau bzw. der Wechsel des Mikrowellensensors gemäß dem Stand der Technik aufwendig.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kolbenzylindereinheit zu schaffen, bei der der Mikrowellensensor einfacher montiert bzw. demontiert werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe zunächst durch die Kombination der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Hier ist eine Kolbenzylindereinheit an die Hand gegeben, welche aus einem Zylinder und einem Kolben mit einer Vorrichtung zur Positionsbestimmung besteht, wobei diese einen Mikrowellensensor aufweist, der außermittig im Boden des Zylinders angeordnet ist.
Dieser erfindungsgemäße Gedanke basiert auf der Erkenntnis, dass für die Positionsbestimmung des Kolbens gegenüber dem Zylinder nicht notwendig ist, dass der Mikrowellensensor mittig bezüglich des sonst im Wesentlichen symmetrischen Aufbaus der Kolbenzylindereinheit angeordnet werden muss. Durch die neue Anordnung ist eine wesentlich kleinere Aufnahmeausnehmung zur Montage des Mikrowellensensors vorzusehen. Hierdurch wird also der Zylinderboden weniger stark geschwächt.
Besonders bevorzugt ist der Mikrowellensensor am Boden des Zylinders so nah an der Zylinderwand angeordnet, dass er von außen in die in der Zylinderwand vorgesehene Montagebohrung zur Montage in einfacher Weise einsteckbar ist, ohne hier eine komplizierte Positionierung des Sensors in seiner Endlage vornehmen zu müssen.
Eine weitere Lösung der vorgenannten Aufgabe ergibt sich aus der Kombination der Merkmale des Anspruchs 3. Gemäß dieser Lösung wird der Mikrowellensensor im Kolben angeordnet.
Hieraus ergibt sich eine besonders einfache Auswechselbarkeit des Mikrowellensensors. Des Weiteren wird der Zylinderboden des zugehörigen Zylinders in gar keiner Weise durch eine Aufnahmeöffnung geschwächt.
Bevorzugt kann der Mikrowellensensor in einer Ausnehmung am freien Ende des Kolbens angeordnet sein. Besonders vorteilhaft ist die Ausnehmung zur Aufnahme des Mikrowellensensors mittig am freien Ende des Kolbens angeordnet.
Des Weiteren weist der Kolben vorzugsweise eine Sensorkabelbohrung zur Aufnahme des Sensorkabels auf.
Erfindungsgemäß ist eine Auswerteeinheit zur Bestimmung der Kolbenposition mit dem Mikrowellensensor verbunden. Hierzu dient vorzugsweise ein Sensorkabel. Aber auch andere technisch mögliche Verbindungen sind im Rahmen der Erfindung möglich.
Besonders vorteilhaft weist die Auswerteeinheit die Möglichkeit auf, in einer hydraulischen Kolbenzylindereinheit auf der Grundlage der Messsignale des Mikrowellensensors neben der Wegmessung die Qualität des Hydrauliköls zu bestimmen. Hierzu wird vom Mikrowellensensor zusätzlich der sogenannte Epsilon-R-Wert erfasst. So kann über die zeitliche Drift der Signale und eine entsprechende Kalibrierung auf die Qualität des Hydrauliköls zurückgeschlossen werden. Hierdurch kann insbesondere durch eine entsprechende Anzeige dem Bedienungspersonal angezeigt werden, ob das Hydrauliköl soweit verschmutzt ist, dass es ausgetauscht werden muss.
Grundsätzlich eignet sich das erfindungsgemäß verwendete Messprinzip für den Einsatz in hydraulischen Kolbenzylindereinheiten wie auch in pneumatischen Kolbenzylindereinheiten.
Besonders vorteilhaft lassen sich die Kolbenzylindereinheiten mit dem erfindungsgemäß angeordneten Mikrowellensensor in Bau- oder Arbeitsmaschinen verwenden.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den anhand der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
1: Eine Kolbenzylinderanordnung in Schnittdarstellung gemäß dem Stand der Technik,
2: Eine Kolbenzylindereinheit in gleicher Darstellung wie in 1, allerdings in einer ersten öffnungsgemäßen Ausführung und
3: Eine Kolbenzylindereinheit in gleicher Darstellung wie in 2 gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform.
Die Kolbenzylindereinheit 10 gemäß der in 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung weist im Wesentlichen einen ähnlichen Aufbau wie die Kolbenzylindereinheit nach dem Stand der Technik gemäß 1 auf. Gleiche Teile sind hier mit gleichen Bezugszeichen versehen. Entsprechend der erfindungsgemäßen Ausführung nach 2 ist die Ausnehmung 20 zur Aufnahme des Mikrowellensensors 18 mittig am freien Ende des Kolbens 12 angeordnet. Wie in der Zeichnung dargestellt, ist hier für den Mikrowellensensor eine flache Referenzfläche geschaffen, die eine Messvoraussetzung beim angewandten Messverfahren ist. Im Kolben 12 ist anschließend an die Ausnehmung 20 eine Sensorkabelbohrung 22 zur Aufnahme eines Sensorkabels vorgesehen. Das Sensorkabel verbindet den Messsensor 18 mit einer hier nicht näher dargestellten Auswerteeinheit.
In 3 ist eine alternative erfindungsgemäße Ausführungsform gezeigt. Auch hier sind gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Gemäß der erfindungsgemäßen Lösung nach 3 ist die Ausnehmung 20 zur Aufnahme des Mikrowellensensors 18 nahe an der Zylinderwandung 24 des Zylinders 14 im Zylinderboden 26 vorgesehen. Diese Ausnehmung 20 ist wesentlich kleiner als diejenige gemäß dem Stand der Technik nach 1 und schwächt daher den Zylinderboden 26 in wesentlich geringerer Weise als nach dem Stand der Technik. Des Weiteren kann der Mikrowellensensor in einfacher Weise von der Seite eingesetzt werden. Hierdurch ist eine wesentlich vereinfachte Montage bzw. Demontage möglich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005029494 A1 [0005]
DE 102011088381 A1 [0006]
WO 2006/027267 A1 [0007]

Claims

Kolbenzylindereinheit bestehend aus einem Zylinder und einem Kolben mit einer Vorrichtung zur Positionsbestimmung, wobei diese einen Mikrowellensensor aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrowellensensor außermittig im Boden des Zylinders angeordnet ist.
Kolbenzylindereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrowellensensor im Boden des Zylinders so nah der Zylinderwand angeordnet ist, dass er von außen in die in der Zylinderwand vorgesehenen Montagebohrung zur Montage einsteckbar ist.
Kolbenzylindereinheit bestehend aus einem Zylinder und einem Kolben mit einer Vorrichtung zur Positionsbestimmung, wobei diese einen Mikrowellensensor aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrowellensensor im Kolben angeordnet ist.
Kolbenzylindereinheit Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrowellensensor in einer Ausnehmung am freien Ende des Kolbens angeordnet ist.
Kolbenzylindereinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung zur Aufnahme des Mikrowellensensors mittig am freien Ende des Kolbens angeordnet ist.
Kolbenzylindereinheit nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben eine Sensorkabelbohrung zur Aufnahme des Sensorkabels aufweist.
Kolbenzylindereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinheit zur Bestimmung der Kolbenposition mit dem Mikrowellensensor, vorzugsweise über ein Sensorkabel verbunden ist.
Kolbenzylindereinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit in einer hydraulischen Kolbenzylindereinheit auf der Grundlage des Meßsignale des Mikrowellensensors neben der Wegmessung die Qulität des Hydrauliköls bestimmt.
Bau- oder Arbeitsmaschine mit einer Kolbenzylindereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8.