DE202019101493U1

DE202019101493U1 - Hydraulikzylinder

Info

Publication number: DE202019101493U1
Application number: DE202019101493.8U
Authority: DE
Original assignee: Sick Stegmann GmbH
Current assignee: Sick AG
Priority date: 2019-03-15
Filing date: 2019-03-15
Publication date: 2020-06-18
Anticipated expiration: 2029-03-16

Abstract

Hydraulikzylinder (1) mit
einem Gehäuse (2), das einen hohlen ersten Gehäuseabschnitt (2a) aufweist, einem Kolben (3), der in dem ersten Gehäuseabschnitt (2a) hin und her bewegbar ist, und
einem Positionssensor (4), der eine Position des Kolbens (4) innerhalb des ersten Gehäuseabschnittes (2a) erfasst und an einem Ende des ersten Gehäuseabschnittes (2a) angeordnet ist,
wobei der Positionssensor (4) auf einer ersten Seite (S1), die zu dem Kolben (3) zugewandt ist, eine mit einem Positionssensorgehäuse (4a) verbundene Signaleinheit (5) zum Erzeugen eines Positionssignals des Kolbens (3) und auf einer zweiten Seite (S2), die vom Kolben (3) abgewandt ist, eine Auswerteeinheit zum Auswerten des Positionssignals aufweist, und
wobei das Positionssensorgehäuse (4a) auf der zweiten Seite (S2) mittels eines Verschlussdeckels (6) verschlossen ist, der die Auswerteeinheit hermetisch abdeckt und zumindest zwei gegeneinander gepressten und druckbeständigen Scheiben (7, 8) aufweist, und
wobei zumindest ein durch die beiden Scheiben (7, 8) hindurchgehender Kontaktstift (9.1; 9.2) angeordnet ist, zur Durchführung elektrischer Signale des Positionssensors (4), und
wobei die beiden Scheiben (7, 8) den zumindest einen Kontaktstift (9.1; 9.2) zwischen einander einklemmen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hydraulikzylinder gemäß Anspruch 1.
Hydraulikzylinder werden im Alltag in umfangreichen Anwendungen eingesetzt, bei denen die Hydraulikzylinder entweder aktiv eine Hubbewegung ausführen oder passiv diese Hubbewegung abdämpfen. Hierbei bestehen die Hauptelemente eines Hydraulikzylinders aus einem Gehäuse und einem Kolben, der innerhalb des Gehäuses hin und her bewegbar ist.
Bei verschiedenen Anwendungen ist eine Kenntnis über eine genaue Position des Kolbens innerhalb des Gehäuses notwendig, so dass der hierfür vorgesehene Hydraulikzylinder einen Positionssensor aufweist, der die Position des Kolbens erfasst und als Positionssignal zu einem externen Gerät außerhalb des Hydraulikzylinders kommuniziert. Dafür muss zumindest ein Kabel von dem Positionssensor zu dem externen Gerät vorgesehen werden, wobei der Hydraulikzylinder trotz des Kabels weiterhin dicht sein muss.
Hierzu wird das Kabel durch eine Gummidichtung geführt, die durch Verdichtung mittels beispielsweise einer Konusmutter abgedichtet wird.
Im Betrieb des Hydraulikzylinders werden enorme Drücke aufgebaut, die auch zu hohen, auf die Dichtung wirkenden Temperaturen führen. Diese große Anforderung bzgl. Drücke und Temperaturen hält die als Beispiel genannte Gummidichtung nicht stand.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen Hydraulikzylinder zur Verfügung zu stellen, der eine Dichtungsanordnung aufweist, die für hohe Betriebstemperaturen ausgelegt ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Hydraulikzylinder mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Hierbei umfasst der Hydraulikzylinder ein Gehäuse, das einen hohlen ersten Gehäuseabschnitt aufweist, einen Kolben, der in dem ersten Gehäuseabschnitt hin und her bewegbar ist, und einen Positionssensor, der eine Position des Kolbens innerhalb des ersten Gehäuseabschnittes erfasst und an einem Ende des ersten Gehäuseabschnittes angeordnet ist, wobei der Positionssensor auf einer ersten Seite, die dem Kolben zugewandt ist, eine mit einem Positionssensorgehäuse verbundene Signaleinheit zum Erzeugen eines Positionssignals des Kolbens und auf einer zweiten Seite, die vom Kolben abgewandt ist, eine Auswerteeinheit zum Auswerten des Positionssignals aufweist, und
wobei das Positionssensorgehäuse auf der zweiten Seite mittels eines Verschlussdeckels verschlossen ist, der die Auswerteeinheit hermetisch abdeckt und zumindest zwei gegeneinander gepresste und druckbeständige Scheiben aufweist, und wobei zumindest ein durch die beiden Scheiben hindurchgehender Kontaktstift angeordnet ist, zur Durchführung elektrischer Signale des Positionssensors, und wobei die beiden Scheiben den zumindest einen Kontaktstift zwischen einander einklemmen.
Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass durch das Zusammenwirken der beiden Scheiben mit dem Kontaktstift eine gute elektrische Signalleitung mit hoher Temperaturbeständigkeit und Dichtheit vorgesehen werden kann.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist eine Kolbenstange mit dem Kolben verbunden, die zusammen mit dem Kolben eine zu einer Mittelachse des Kolbens und der Kolbenstange koaxiale Durchgangsbohrung aufweist. Vorteilhafterweise besteht die Signaleinheit aus einem stangenförmigen Wellenleiter, der in der Durchgangsbohrung angeordnet ist, und einem Positionsgeber, der um den Wellenleiter an dem Kolben angeordnet ist. Hierdurch ist der Positionssensor einfach und kompakt in dem Hydraulikzylinder integrierbar.
Ferner weist gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Verschlussdeckel einen zylinderförmigen Abschnitt auf, in dem die beiden Scheiben angeordnet sind und auf dem eine Verschlusshülse mittels Verschrauben oder Pressung befestigbar ist, so dass ein Zusammenbau des Verschlussdeckels einfach durchgeführt werden kann.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist jede Scheibe am Umfang jeweils eine Dichtung, vorzugsweise einen O-Ring, auf. Oder eine der beiden Scheiben weist auf ihre Kontaktseite mit der zweiten Scheibe eine Fase auf, die Raum für eine Dichtung, vorzugsweise einen O-Ring, zwischen den beiden Scheiben bildet. Hieraus ergibt sich eine zusätzliche Abdichtung des Gehäuses des Hydraulikzylinders auf der Seite, wo der Positionssensor angeordnet ist.
Weiterhin weist gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der zumindest eine Kontaktstift in seinem mittleren Abschnitt einen Kragen auf, der formschlüssig zu einem Absatz an einem der beiden Scheiben ist. Vorteilhafterweise presst die Scheibe mit dem Absatz den Kragen des Kontaktstiftes gegen die andere Scheibe. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass der Kontaktstift durch die beiden Scheiben sicher in seiner Position gehalten wird. Vorzugsweise ist zwischen einer Oberfläche des Absatzes der einen Scheibe und dem Kragen des Kontaktstiftes eine Dichtung, vorzugsweise ein O-Ring, vorgesehen, so dass eine zusätzliche Abdichtung des Positionssensors erzielbar ist.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel bestehen die beiden Scheiben aus keramischem Material und der Kontaktstift weist an beiden Enden jeweils eine Lötstelle auf. Dadurch ist eine einfache Kontaktierung zwischen der Auswerteeinheit des Positionssensors und einem externen Gerät erzielbar.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Positionssensor an dem Gehäuse derart befestigt, dass der Positionssensor das Gehäuse in den ersten Gehäuseabschnitt und einen zweiten Gehäuseabschnitt unterteilt. Insbesondere weisen der erste Gehäuseabschnitt einen hohen Druck und der zweite Gehäuseabschnitt Normaldruck auf.
Der erfindungsgemäße Hydraulikzylinder kann auf ähnliche Weise durch weitere Merkmale ausgestaltet werden und zeigt dabei ähnliche Vorteile. Derartige weitere Merkmale sind beispielhaft, aber nicht abschließend, in den sich an den unabhängigen Anspruch anschließenden Unteransprüchen beschrieben.
Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Vorteile und Merkmale unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen in:

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hydraulikzylinders;
2 eine schematische Detaildarstellung eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels des Verschlussdeckels; und
3 eine schematische Detaildarstellung eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels des Verschlussdeckels.

In der 1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hydraulikzylinders 1 dargestellt. Der Hydraulikzylinder 1 umfasst ein zylindrisches Gehäuse 2, das einen hohlen ersten Gehäuseabschnitt 2a aufweist. Innerhalb des ersten Gehäuseabschnittes 2a ist ein Kolben 3 vorgesehen, der in dem ersten Gehäuseabschnitt 2a hin und her bewegbar ist.
An einem Ende des ersten Gehäuseabschnittes 2a ist ein Positionssensor 4 angeordnet, der eine Position des Kolbens 3 innerhalb des ersten Gehäuseabschnittes 2a erfasst. Der Positionssensor 4 ist vorzugsweise derart an dem Gehäuse 2 befestigt, dass der Positionssensor 4 das Gehäuse 2 in dem ersten Gehäuseabschnitt 2a und einem zweiten Gehäuseabschnitt 2b unterteilt. Hierbei weist der erste Gehäuseabschnitt 2a insbesondere einen hohen Druck und der zweite Gehäuseabschnitt 2b Normaldruck auf.
Der Positionssensor 4 weist auf einer ersten Seite S1, die zu dem Kolben 3 zugewandt ist, eine mit einem Positionssensorgehäuse 4a verbundene Signaleinheit 5 auf, wobei die Signaleinheit 5 ein Positionssignal des Kolbens 3 erzeugt. Auf einer zweiten Seite S2, die vom Kolben 3 abgewandt ist, weist der Positionssensor 4 eine nicht dargestellte Auswerteeinheit auf, die das Positionssignal auswertet. Das Positionssensorgehäuse 4a ist, wie in den 2 und 3 dargestellt, auf der zweiten Seite S2 mittels eines Verschlussdeckels 6 verschlossen, der die Auswerteeinheit hermetisch abdeckt und zumindest zwei gegeneinander gepresste und druckbeständige Scheiben 7 und 8 aufweist.
Gemäß der 2 bzw. 3, ist zumindest ein durch die beiden Scheiben 7 und 8 hindurchgehender Kontaktstift 9.1, 9.2 angeordnet, der elektrische Signale des Positionssensors 4, insbesondere an einem externen Gerät, durchführt, wobei die beiden Scheiben 7 und 8 den zumindest einen Kontaktstift 9.1, 9.2 zwischen einander einklemmen.
Hierdurch ist eine elektrische Verbindung der Auswerteeinheit nach außerhalb des Hydraulikzylinders 1 gewährleistet, bei der die Auswerteeinheit trotz hohem Betriebsdruck und hoher Betriebstemperatur des Hydraulikzylinders 1 hermetisch abgedichtet bleibt.
Die Signaleinheit 5 besteht aus einem stangenförmigen Wellenleiter 5a und einem Positionsgeber 5b, der um den Wellenleiter 5a an dem Kolben 3 angeordnet ist. Das heißt, der Positionsgeber 5b bewegt sich mit dem Kolben 3 in dem ersten Gehäuseabschnitt 2a entlang des Wellenleiters 5a hin und her und erzeugt an der jeweiligen aktuellen Position des Wellenleiters 5a das Positionssignal. Hierbei kann das physikalische Messprinzip der Signaleinheit 5 magnetisch, magnetoresistiv, magnetostriktiv oder induktiv sein.
Vorzugsweise ist eine Kolbenstange 3b mit dem Kolben 3 verbunden, die zusammen mit dem Kolben 3 eine zu einer Mittelachse M des Kolbens 3 und der Kolbenstange 3b koaxiale Durchgangsbohrung 3a aufweist. Der stangenförmige Wellenleiter 5a ist in der Durchgangsbohrung 3a angeordnet, so dass die Kolbenstange 3b entlang des Wellenleiters 5a in seiner Bewegung geführt wird.
Der Verschlussdeckel 6 weist, wie in der 2 dargestellt, einen zylinderförmigen Abschnitt 6a auf, in dem die beiden Scheiben 7 und 8 angeordnet sind. Auf dem zylinderförmigen Abschnitt 6a ist eine Verschlusshülse 6b mittels Verschrauben oder Pressung befestigbar. Die Verschlusshülse 6b presst die beiden Scheiben 7 und 8 gegen einen Absatz des Verschlussdeckels 6, so dass die beiden Scheiben 7 und 8 mit hoher Kraft die beiden gezeigten Kontaktstifte 9.1 und 9.2 innerhalb der beiden Scheiben 7 und 8 festklemmen.
Die gezeigten Kontaktstifte 9.1 und 9.2 bieten auf einer Seite der beiden Scheiben 7 und 8, die vorzugsweise aus keramischem Material bestehen, jeweils eine Lötstelle K1 auf, an die der elektrische Kontakt zu der Auswerteeinheit des Positionssensors 4 herstellbar ist. Auf der anderen Seite der beiden Scheiben 7 und 8 weisen die Kontaktstifte 9.1 und 9.2 jeweils eine Lötstelle K2 auf, an die der elektrische Kontakt zu dem externen Gerät außerhalb des Hydraulikzylinders 1 herstellbar ist.
Zwischen einem Umfang jeder Scheibe 7 bzw. 8 und einer Innenfläche des zylinderförmigen Abschnittes 6a weist jede Scheibe 7 und 8 eine Dichtung 10, vorzugsweise einen O-Ring, auf, die für eine zusätzliche Abdichtung des Verschlussdeckels 6 sorgt.
Hierbei kann eine der beiden Scheiben 7 bzw. 8 auf ihrer Kontaktseite mit der zweiten Scheibe 8 bzw. 7 eine Fase 7a aufweisen, die Raum für die Dichtung 10 zwischen den beiden Scheiben 7 und 8 bildet. Wie in der 3 dargestellt, ist die Fase 7a an der Scheibe 7 vorgesehen, so dass anstatt zwei Dichtungen 10 nur eine Dichtung 10 zwischen den beiden Scheiben 7 und 8 vorgesehen werden muss, um die zusätzliche Abdichtung des Verschlussdeckels 6 bereitzustellen. Hierdurch kann eine Anzahl an Dichtungen 10 reduziert werden. Zusätzlich wird beim Zusammenbau des Verschlussdeckels 6 bzw. der Verschlusshülse 6b und den beiden Scheiben 7 und 8 die Dichtung 10 mechanisch nicht belastet, so dass eine mögliche Beschädigung der Dichtung 10 vermeidbar ist.
Die Ausführungsbeispiele aus den 2 und 3 zeigen, dass der Kontaktstift 9.1 bzw. 9.2 in seinem mittleren Abschnitt einen Kragen 11 aufweist, der formschlüssig zu einem Absatz 13 an einem der beiden Scheiben 7 ist. Der Absatz 13 der Scheibe 7 umgibt den Kragen 11 des Kontaktstiftes 9.1 bzw. 9.2 und presst über den Kragen 11 den Kontaktstift 9.1 bzw. 9.2 gegen die andere Scheibe 8, so dass der Kontaktstift 9.1 bzw. 9.2 in seiner Position fest fixiert ist.
Um die Abdichtung des Verschlussdeckels 6 noch weiter zu verbessern, ist zwischen einer Oberfläche des Absatzes 13 der einen Scheibe 7 und dem Kragen 11 des Kontaktstiftes 9.1 bzw. 9.2 eine weitere Dichtung 12, vorzugsweise ein O-Ring, vorgesehen. Hierdurch sind die beiden Scheiben 7 und 8 gegenüber dem zylinderförmigen Abschnitt 6a des Verschlussdeckels 6 sowohl in radialer als auch in axialer Richtung abgedichtet.
Bezugszeichenliste

1: Hydraulikzylinder
2: Gehäuse
2a: Erster Gehäuseabschnitt
2b: Zweiter Gehäuseabschnitt
3: Kolben
3a: Durchgangsbohrung
3b: Kolbenstange
4: Positionssensor
4a: Positionssensorgehäuse
5: Signaleinheit
5a: Wellenleiter
5b: Positionsgeber
6: Verschlussdeckel
6a: Zylinderförmiger Abschnitt
6b: Verschlusshülse
7, 8: Scheibe
7a: Fase
9.1, 9.2: Kontaktstift
10, 12: Dichtung
11: Kragen
13: Absatz
K1, K2: Lötstelle
M: Mittelachse
S1: Erste Seite
S2: Zweite Seite

Claims

Hydraulikzylinder (1) mit einem Gehäuse (2), das einen hohlen ersten Gehäuseabschnitt (2a) aufweist, einem Kolben (3), der in dem ersten Gehäuseabschnitt (2a) hin und her bewegbar ist, und einem Positionssensor (4), der eine Position des Kolbens (4) innerhalb des ersten Gehäuseabschnittes (2a) erfasst und an einem Ende des ersten Gehäuseabschnittes (2a) angeordnet ist, wobei der Positionssensor (4) auf einer ersten Seite (S1), die zu dem Kolben (3) zugewandt ist, eine mit einem Positionssensorgehäuse (4a) verbundene Signaleinheit (5) zum Erzeugen eines Positionssignals des Kolbens (3) und auf einer zweiten Seite (S2), die vom Kolben (3) abgewandt ist, eine Auswerteeinheit zum Auswerten des Positionssignals aufweist, und wobei das Positionssensorgehäuse (4a) auf der zweiten Seite (S2) mittels eines Verschlussdeckels (6) verschlossen ist, der die Auswerteeinheit hermetisch abdeckt und zumindest zwei gegeneinander gepressten und druckbeständigen Scheiben (7, 8) aufweist, und wobei zumindest ein durch die beiden Scheiben (7, 8) hindurchgehender Kontaktstift (9.1; 9.2) angeordnet ist, zur Durchführung elektrischer Signale des Positionssensors (4), und wobei die beiden Scheiben (7, 8) den zumindest einen Kontaktstift (9.1; 9.2) zwischen einander einklemmen.
Hydraulikzylinder (1) nach Anspruch 1, wobei eine Kolbenstange (3b) mit dem Kolben (3) verbunden ist, die zusammen mit dem Kolben (3) eine zu einer Mittelachse (M) des Kolbens (3) und der Kolbenstange (3b) koaxiale Durchgangsbohrung (3a) aufweist.
Hydraulikzylinder (1) nach Anspruch 2, wobei die Signaleinheit (5) aus einem stangenförmigen Wellenleiter (5a), der in der Durchgangsbohrung (3a) angeordnet ist, und einem Positionsgeber (5b), der um den Wellenleiter (5a) an dem Kolben (3) angeordnet ist, besteht.
Hydraulikzylinder (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei der Verschlussdeckel (6) einen zylinderförmigen Abschnitt (6a) aufweist, in dem die beiden Scheiben (7, 8) angeordnet sind und auf dem eine Verschlusshülse (6b) mittels Verschrauben oder Pressung befestigbar ist.
Hydraulikzylinder (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei jede Scheibe (7, 8) am Umfang jeweils eine Dichtung (10), vorzugsweise einen O-Ring, aufweist.
Hydraulikzylinder (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei eine der beiden Scheiben (7) auf ihrer Kontaktseite mit der zweiten Scheibe (8) eine Fase (7a) aufweist, die Raum für eine Dichtung (10), vorzugsweise einen O-Ring, zwischen den beiden Scheiben (7, 8) bildet.
Hydraulikzylinder (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, wobei der zumindest eine Kontaktstift (9.1; 9.2) in seinem mittleren Abschnitt einen Kragen (11) aufweist, der formschlüssig zu einem Absatz (13) an einem der beiden Scheiben (7, 8) ist.
Hydraulikzylinder (1) nach Anspruch 7, wobei die Scheibe (7) mit dem Absatz (13) den Kragen (11) des Kontaktstiftes (9.1; 9.2) gegen die andere Scheibe (8) presst.
Hydraulikzylinder (1) nach Anspruch 7 oder 8, wobei zwischen einer Oberfläche des Absatzes (13) der einen Scheibe (7) und dem Kragen (11) des Kontaktstiftes (9.1; 9.2) eine Dichtung (12), vorzugsweise ein O-Ring, vorgesehen ist.
Hydraulikzylinder (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, wobei die beiden Scheiben (7, 8) aus keramischem Material bestehen und der Kontaktstift (9.1; 9.2) an beiden Enden jeweils eine Lötstelle (K1; K2) aufweist.
Hydraulikzylinder (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, wobei der Positionssensor (4) an dem Gehäuse (2) derart befestigt ist, dass der Positionssensor (4) das Gehäuse (2) in einen ersten Gehäuseabschnitt (2a) und einen zweiten Gehäuseabschnitt (2b) unterteilt.
Hydraulikzylinder (1) nach Anspruch 11, wobei der erste Gehäuseabschnitt (2a) einen hohen Druck aufweist und der zweite Gehäuseabschnitt (2b) Normaldruck aufweist.