-
Die Erfindung betrifft eine Positionssensor-Baugruppe eines Hydrauliksystems, die mehrere redundante Positionssensoren vom magnetostriktiven Typ umfasst, bei dem der Positionssensor die Position eines auf einem Wellenleiter-Hüllrohr axial verschieblichen Magneten bezüglich eines im Wellenleiter-Hüllrohr axial angeordneten Wellenleiters erfasst. Sie betrifft des Weiteren einen Hydraulikzylinder eines Hydrauliksystems, in dem eine entsprechende Positionssensor-Baugruppe verbaut ist.
-
Ein typischer Sensor des hier betrachteten Prinzips ist in 1 gezeigt. Die Sensoren werden häufig in Hydraulikzylindern eingesetzt, um die Hubbewegung des Kolbens im Zylinder zu messen.
-
Der magnetostriktive Sensor 1 besteht aus einem Elektronikgehäuse 2 und einem Sensorrohr 3, in welchem sich die Messstrecke (im Wesentlichen ein Wellenleiter) befindet. Auf dem Sensorrohr wird ein Positionsmagnet 4 bewegt, welcher das Sensorrohr umschließt. Die Position des Magneten entlang der axialen Ausdehnung des Sensorrohrs wird mittels des magnetostriktiven Messprinzips bestimmt.
-
In 1 ist dieser Positionsmagnet beispielhaft mittels einer Befestigungsbuchse 5 in einem Kolben 8 befestigt, an welchem sich die Kolbenstange 9 befindet. Der magnetostriktive Sensor ist fest und mit einer druckdichten Abdichtung in dem Zylinderkopf 7 eingebaut. Wenn sich nun der Kolben 8 innerhalb des Zylinders 6 bewegt, verschiebt sich damit auch die Lage des Positionsmagneten 4 relativ zum Zylinderkopf, und aus der neuen Lage des Magneten kann die Verschiebung des Kolbens 8 im Zylinder 6 bestimmt werden.
-
1 zeigt auch, dass sich das Sensorrohr 3 im Druckraum des Zylinders befindet. Bei der Montage oder Demontage des Sensors muss daher das Medium des Hydraulikkreislaufes abgelassen werden.
-
Aus häufig sicherheitstechnischen Gründen ist es in bestimmten Fällen erforderlich, dass der Sensor redundant ausgeführt wird. Zu diesem Zweck kennt der Stand der Technik Sensoren, bei denen die Sensorelektronik und die Messstrecke mehrfach ausgeführt und in einer Sensorbaugruppe kombiniert sind. Eine solche Anordnung ist in 2 in einer Längsschnittdarstellung gezeigt. 3 zeigt eine teilweise geschnittene perspektivische Darstellung des Hydraulikzylinders mit eingebauter Sensorbaugruppe. So weit in 2 und 3 gleiche oder funktionsgleiche Komponenten wie in 1 gezeigt sind, werden die gleichen oder an 1 angelehnte Bezugsziffern verwendet, und die entsprechenden Teile werden nicht nochmals erläutert.
-
Wie in 2 zu erkennen ist, verlaufen in einem gemeinsamen Wellenleiter-Hüllrohr 10 der Sensorbaugruppe 11 die flexiblen Wellenleiter 12 (mit einer gemeinsamen Bezugsziffer versehen) dreier redundanter Positionssensoren, die jeweils eine an den Wellenleiter angefügte Sensorelektronik 13 umfassen. Die Enden der Wellenleiter 12 mit der jeweils angefügten Sensorelektronik 13 sind gemeinsam in einem Sensorelektronik-Gehäuse 14 der Positionssensor-Baugruppe 11 aufgenommen, die hier (wie in 3 zu erkennen) die Grundform eines Sechskantprismas hat. In der vom Wellenleiter-Hüllrohr 10 abgewandten Stirnfläche des Sensorelektronik-Gehäuses 14 sind drei Signalanschlussbuchsen 15 (für jeden Sensor eine) fest eingebaut, an die über gehäuseinterne Zuleitungen jeweils die zugehörige Sensorelektronik 13 angeschlossen ist.
-
Der Vorteil einer solchen Sensorbaugruppe liegt in der kompakten Bauweise. Nachteilig ist jedoch, dass bei Ausfall eines einzelnen Sensors dieser im Reparaturfall nicht getauscht werden kann, ohne dass der gesamte Sensor aus dem Zylinder entfernt werden muss. Gleichzeitig muss dafür auch die Druckflüssigkeit aus dem Zylinder abgelassen werden.
-
Vor allem das Ablassen der Druckflüssigkeit kann je nach Anwendung ein großes Problem darstellen. Dieses gilt, nicht nur aber vor allem, für den sogenannten Stahlwasserbau. Hierbei werden Zylinder unterhalb der Wasseroberfläche betrieben um z.B. Schleusentore zu öffnen. Ein Tausch des Sensors ist in einer solchen Anlage ein großes Problem, wenn dafür die Druckflüssigkeit abgelassen werden muss.
-
4 zeigt einen bekannten Versuch der Lösung dieses Problems; auch hier sind wieder Komponenten, die bereits in 1 - 3 gezeigt sind, mit den gleichen oder an jene Figuren angelehnten Bezugsziffern bezeichnet und werden nicht nochmals erläutert. In 4 sind jedoch die wesentlichen Komponenten zweier der drei Sensoren, nämlich die zugehörigen Wellenleiter (Messstrecken) 12.1 und 12.2 und die jeweiligen Sensorelektroniken 13.1 und 13.2, einzeln gezeigt und mit Bezugsziffern versehen. Der wesentliche Unterschied der hier gezeigten Sensorbaugruppe 11' zur in 2 und 3 gezeigten Sensorbaugruppe 11 besteht darin, dass anstelle eines einzelnen Wellenleiter-Hüllrohres hier für jeden Sensor ein separates Wellenleiter-Hüllrohr (von denen die Hüllrohre 10.1 und 10.2 zu erkennen und mit Bezugsziffern versehen sind) vorgesehen ist.
-
Dies ermöglicht es, im Reparaturfall (wenn auch mit erheblichem Montageaufwand) Sensoren einzeln zu tauschen, ohne dass die im Zylinder 6 enthaltene und unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit abgelassen werden muss. Nachteilig an dieser Anordnung ist jedoch, dass durch die Anordnung die Bohrung in der Kolbenstange vergleichsweise groß ausgeführt werden muss.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Positionssensor-Baugruppe der oben erläuterten Art anzugeben, die insbesondere ein leichtes Herausnehmen und wieder Einsetzen bzw. einen Austausch einzelner Sensoren ermöglicht und nur geringe bauliche Änderungen an den Komponenten des Hydrauliksystems ermöglicht.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Positionssensor-Baugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Fortbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Des Weiteren wird ein verbesserter Hydraulikzylinder bereitgestellt, der die Merkmale des Anspruchs 9 aufweist.
-
Die Erfindung schließt den Gedanken einer Abkehr vom vorher eingeschlagenen Weg einer „Vereinzelung“ der Hüllrohr- bzw. Sensorrohre einer Positionssensor-Baugruppe mit mehreren Sensoren ein. Des Weiteren schließt die Erfindung den Gedanken ein, den vorher anderen eingeschlagenen Weg einer Integration mehrerer (gehäuseloser) Sensorelektroniken, insbesondere auch mit einer gemeinsamen Anschlussplatte, zu Gunsten des Vorsehens relativ abgeschlossener Einzel-Sensorköpfe zu verlassen. Die Sensorelektronik-Kopfabschnitte sind zusammen mit den zugehörigen Wellenleitern bzw. Messstrecken ohne Weiteres aus einer Halterung mit daran angebrachtem gemeinsamen Wellenleiter-Hüllrohr herausziehbar und daher leicht und einfach austauschbar. Die Montage der Positionssensor-Baugruppe in einen Hydraulikzylinder wird aufgrund der geringeren Anzahl von Teilen und Bohrungen bzw. der Entbehrlichkeit einer besonders großen Bohrung in der Kolbenstange vereinfacht und kostengünstiger.
-
In einer Ausführung der Erfindung umfasst die Positionssensor-Baugruppe drei redundante Positionssensoren; grundsätzlich sind aber auch Ausführungen mit zwei oder mehr als drei Sensoren möglich. Es muss sich bei den Sensoren auch nicht notwendigerweise um redundante Positionssensoren und nicht einmal unbedingt überhaupt um Positionssensoren handeln, soweit das erfinderische Konzept auf andersartige Sensoren übertragbar ist.
-
In einer weiteren Ausführung hat jeder Positionssensor einen separaten Sensorelektronik-Kopf mit geschlossener Umhüllung. Insbesondere weist jeder Sensorelektronik-Kopfabschnitt oder Sensorelektronik-Kopf je nach Schnittstelle eine oder mehrere fest eingebaute Signalanschlussbuchse/n auf. Diese Ausführung ermöglicht es in vorteilhafter und kostengünstiger Weise, bereits fertig entwickelte und kommerziell verfügbare Positionssensoren zu einer Baugruppe zusammenzufügen.
-
In einer weiteren Ausführung hat die Baugruppe einen Sensorkopfhalter zur Halterung der Sensorelektronik-Kopfabschnitte oder Sensorelektronik-Köpfe aller Sensoren. Grundsätzlich sind aber die einzelnen Sensoren in der Anwendungssituation auch unmittelbar, also ohne speziellen Halter, in einen Kopfdeckel eines Hydraulikzylinders einzufügen oder dort anzusetzen.
-
In einer weiteren, aufgrund ihrer Passfähigkeit zu vorhandenen Sensorbaugruppen- und Hydraulikzylinder-Konstruktionen leicht praktisch realisierbaren Ausführung hat der Sensorkopfhalter eine zylindrische oder prismatische Grundform. Hierbei ragen insbesondere aus der ersten Grundfläche des Zylinders oder Prismas das gemeinsame Wellenleiter-Hüllrohr und aus der zweiten Grundfläche des Zylinders die Sensorelektronik-Köpfe der Sensoren heraus. Jedoch kann der Halter auch eine andere Form haben, beispielsweise als Blech in Form eines Vielecks ausgeführt sein, wobei die Anzahl der „Ecken“ der Zahl der darin gehalterten Sensoren entspricht, oder doppelt so groß ist.
-
In einer alternativen Ausführung hat die Baugruppe ein an das gemeinsame Wellenleiter-Hüllrohr angefügtes Sensorelektronik-Gehäuse zur Aufnahme der Sensorelektronik-Kopfabschnitte oder Sensorelektronik-Köpfe aller Sensoren. Insbesondere hat hierbei das Sensorelektronik-Gehäuse eine zylindrische oder prismatische Grundform, wobei aus der ersten Grundfläche des Zylinders oder Prismas das gemeinsame Wellenleiter-Hüllrohr herausragt und die zweite Grundfläche des Zylinders oder Prismas zur leichten Entnahme jedes der Positionssensoren offen ist. Anders als bei der vorgenannten Ausführung, bei der die Sensorelektronik-Köpfe gewissermaßen hinter dem zylindrischen oder prismatischen Halter liegen, sind sie hier im Betriebszustand innerhalb des Sensorelektronik-Gehäuses aufgenommen, aber dennoch ohne eine Demontage desselben aus diesem herausziehbar.
-
Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im Übrigen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen anhand der Figuren. Von diesen zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines in einen Hydraulikzylinder eingebauten Positionssensors vom magnetostriktiven Typ nach dem Stand der Technik,
- 2 eine Längsschnittdarstellung einer Positionssensor-Baugruppe mit mehreren Positionssensoren vom magnetostriktiven Typ nach dem Stand der Technik,
- 3 eine perspektivische Darstellung der in 2 gezeigten Sensorbaugruppe im Einbauzustand in einen Hydraulikzylinder,
- 4 eine Ausschnittdarstellung einer weiteren Positionssensor-Baugruppe mit magnetostriktiven Positionssensoren im Einbauzustand in einen Hydraulikzylinder,
- 5 eine Längsschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Positionssensor-Baugruppe,
- 6 eine perspektivische Ansicht der Positionssensor-Baugruppe nach 5 und
- 7 eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführung einer erfindungsgemäßen Positionssensor-Baugruppe.
-
5 zeigt in einer Längsschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Positionssensor-Baugruppe 11", und 6 zeigt eine perspektivische Darstellung dieser Baugruppe. Hierin sind Positionssensoren (als solche nicht bezeichnet) verbaut, die separate Sensorelektronik-Köpfe 13.1 - 13.3 haben, an denen jeweils der zugehörige Wellenleiter 12.1 - 12.3 angebracht ist, und alle Wellenleiter 12.1 - 12.3 verlaufen im größten Teil ihrer Längserstreckung gemeinsam in einem Wellenleiter-Hüllrohr 10. Die Sensorelektronik-Köpfe 13.1 - 13.3 stehen aus der Stirnseite eines zylindrischen Sensorkopfhalters 16 hervor, die in der gezeigten Ausführung leicht sphärisch abgerundet ist, während die gegenüberliegende Stirnseite, aus der das Wellenleiter-Hüllrohr 10 herausragt, plan ausgeführt ist. 6 zeigt überdies einen Flanschring 16a, der in 5 nicht dargestellt ist.
-
7 zeigt eine perspektivische Ansicht einer etwas anders konfigurierten Positionssensor-Baugruppe, bei der die Sensorelektronik-Köpfe 13.1 - 13.3 dreier redundanter Positionssensoren an jeweils einer Seite eines sechseckigen Haltebleches 16.2' fixiert sind, während das gemeinsame Wellenleiter-Hüllrohr 10 in einem separaten Flansch 16.1' fixiert ist. Zwischen dem Halteblech 16.2' und dem Flansch 16.1' verlaufen die Wellenleiter 12.1 - 12.3 (in dieser Figur nicht gesondert bezeichnet) abschnittsweise in einer Führung.
-
Im Übrigen ist die Ausführung der Erfindung auch in einer Vielzahl von Abwandlungen der hier gezeigten Beispiele und weiter oben hervorgehobenen Aspekte der Erfindung möglich.
-
So können insbesondere die Sensorelektronik-Köpfe eine andere Außenform haben als in 5 - 7 dargestellt, und sie können in ein endseitig offenes Sensorelektronik-Gehäuse einschiebbar ausgeführt sein. Bei einem zylindrischen oder prismatischen Sensorelektronik-Gehäuse kann beispielsweise jeder der Sensorelektronik-Köpfe die Gestalt eines Zylinder- oder Prismensegments haben, welches sich mit den Sensorelektronik-Köpfen der anderen Sensoren zu einem vollständigen Prisma oder Zylinder zusammenfügt.
-
Es ist auch nicht zwingend notwendig, dass jeder Sensorelektronik-Kopf eine allseitig geschlossene Umhüllung hat, solange gewährleistet ist, dass jeder Kopfabschnitt leicht von den anderen lösbar und somit jeder der Positionssensoren leicht aus der Positionssensor-Baugruppe herausnehmbar und wieder in diese einsetzbar oder durch einen anderen, gleich geformten Positionssensor ersetzbar ist, ohne die Hydraulikflüssigkeit in einem Hydraulikzylinder, wo die Baugruppe verbaut ist, ablassen zu müssen.
