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Die Erfindung bezieht sich auf einen Hydraulik-
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Zylinder mit innenliegender Wegumformung mit den Merkmalen des Oberbegriffs
des Anspruchs 1.
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Linearpotentiometer werden aus Preisgründen gerne zur Wegmessung eingesetzt,
da auch die Signalauswertung auf einfache und billige Weise verwirklicht werden
kann. Handelsübliche Linearpotentiometer haben einen in einem isolierenden Substrat
eingebetteten Schicht-Widerstand mit einer eng daneben verlaufenden und an einem
Ende mittels einer Lötstelle mit dem Schicht-Widerstand verbundenen Leiterbahn.
Auf der gegenüberliegenden Seite des Schicht-Widerstandes verläuft mit einem größeren
Abstand eine Kontaktbahn in dem Substrat.
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Die gesamte Anordnung befindet sich praktisch in einer Ebene, wodurch
sich eine bestimmte Mindestbreite ergibt. Diese Mindestbreite bestimmt den notwendigen
Mindestdurchmesser der Sackbohrung und damit einen erreichbaren Mindestdurchmesser
der Kolbenstange.
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Es ist nun Aufgabe der Erfindung, den erreichbaren Mindestdurchmesser
der Kolbenstange weiter zu verrlngern, um die Wegumformung mit Linerarpotentiometer
auch für kleinere Baugrdßen verwendbar zu machen. Die dazu notwendige Ausgestaltung
soll einfach, billig und funktionssicher sein. Da das Umformsystem sich nicht verdrehen
darf, soll es möglichst torsionsfest sein, d.h. es soll durch Reibungskräfte bei
sich drehendem Kolben nicht merklich tordiert werden.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen
des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1.
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Durch die Verwendung eines U-förmigen Trägers lassen sich die notwendigen
Durchmesser etwa um 30 % bis 50 % reduzieren. Da ein U-Profil wesentlich torsionsfester
ist als eine flache Platte gleicher Wanddicke und zudem ein höheres Biegemoment
besitzt, ist auch bei langen Hüben gewährleistet, daß ein Schleifer nicht durch
unzulässige Verformungen seinen Kontakt verliert.
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Anspruch 2 bezieht sich auf eine Anordnung von Widerstand und Kontaktbahn
an gegenüberliegenden Schenkeln und auf die Anordnung der Leiterbahn am Boden des
U-förmigen Trägers.
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Anspruch 4 richtet sich auf einen Querschnitt durch den U-förmigen
Träger mit einem quadratischen Umriß.
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Anspruch 5 bezieht sich auf eine den U-förmigen Träger gerade umschließende
Sackbohrung.
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u. 7 Anspruch 6/bezieht sich auf eine spielausgleichende Ausführung
des Schleifers, wodurch Abheben einer Zunge vermieden wird.
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Die Erfindung wird anhand eines in den Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Hydraulik-Zylinder.
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Figur 2 zeigt einen Schnitt gemäß der Schnittlinie X-X von Figur 1.
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Figur 3 zeigt eine Aufsicht auf den Schleifer.
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Figur 4 zeigt eine Aufsicht auf eine andere Ausführungsform eines
Schleifers.
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In einem Zylinder 1 ist gleitbar ein Kolben 2 geführt, der fest mit
einer Kolbenstange 3 verbunden ist. Die Kolbenstange 3 ist abgedichtet durch einen
den Zylinder 1 auf einer Seite abschließenden Deckel 4 nach außen geführt.
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Auf der anderen Seite ist der Zylinder 1 durch einen Zylinderkopf
5 verschlossen. Der Raum zwischen Kolben 2 und Zylinderkopf 5 wird mit Kolbenraum
6 bezeichnet. Der Raum zwischen Kolbenstange 3 und Zylinder 1 ist der Ringraum 7.
An den Zylinderkopf 5 ist ein Ventilkörper 8 angeflanscht, in welchen ein als Einschraubventil
ausgebildetes Proportional-Druckregetventil 9 eingeschraubt ist, welches mit Anschlüssen
P, P1, A und T versehen ist.
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Der Anschluß P ist mit einer nicht näher dargestellten Druckquelle
10 verbunden. Der Anschluß T steht mit einem Vorratsbehälter 11 in Verbindung.
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Der Anschluß A mündet in Form einer den Zylinderkopf 5 durchdringenden
Bohrung im Kolbenraum 6.
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Der Anschluß P1 ist dauernd mit dem Anschluß P und über eine feste
Rohrverbindung mit einem in den Ringraum 7 mündenden Anschluß P2 verbunden.
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Die Flächen von Kolbenraum 6 und Ringraum 7 verhalten sich im wesentlichen
wie 2:1.
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Ein Proportional-Magnet 12 steuert in an sich bekannter Weise einen
im Innern des Proportional-Druckregelventils 9 angeordneten Steuerkolben so, daß
der Druck am Anschluß A den elektrischen Eingangssignalen proportional nachfolgt.
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Ist der Druck im Kolbenraum 6 kleiner als der Solldruck, wird gemäß
der Verbindung P-A Druckmittel nachgespeist, bis der Solldruck wieder erreicht ist.
Wenn der Druck im Kolbenraum 6 größer ist als der Solldruck, wird gemäß der Verbindung
A-T Druckmittel zum Vorratsbehälter 11 abgelassen. Kolben 2 und Kolbenstange 3 besitzen
eine zentrische Sackbohrung 13, die natürlich auch eine durch einen Stopfen verschlossene
Durchgangsbohrung sein kann.
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Die Sackbohrung 13 erweitert sich im Bereich des Kolbens 2 zu einer
Ansenkung 14, in die eine durch einen Sicherungsring 15 gehaltene Lagerscheibe 16
eingelegt ist. Die Lagerscheibe 16 ist spielfrei, jedoch drehbar in der Ansenkung
14 gehalten.
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Ein etwa quadratischer Durchbruch 17 dient zur Gleitführung eines
U-förmigen Trägers 18, der mittels einer Befestigung 19 drehfest mit dem Zylinderkopf
5 verbunden ist. Die Länge des U-förmigen Trägers 18 ist sotbemessen, daß er bei
allen Hubstellungen immer die Lagerscheibe 16 durchdringt und mit geringem Spiel
-bezogen auf seine äußeren Kanten- in die Sackbohrung 13 eintauchen kann.
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Die beiden Schenkel des U-förmigen Trägers sind mit 20 und 21 bezeichnet,
der Boden zwischen den Schenkeln 20 und 21 mit 22. Innen am Schenkel 20 ist isoliert
eine Kontaktbahn 23 angeordnet, welcher am Schenkel 21 ein Widerstand 24 gegenüberliegt,
zu dem in einem kleinen Abstand eine Leiterbahn 25 verläuft.
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Widerstand 24 und Leiterbahn 25 sind an ihrem deckelseitigen Ende
miteinander verbunden.
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Am kolbenseitigen Ende ist die Leiterbahn 25 mit einem Anschlußkabel
26 verbunden, das abgedichtet durch den Zylinderkopf 5 nach außen zu einem am Zylinderkopf
5 befestigten.Gerätestecker 27 führt. Ein weiteres Anschlußkabel 28 verbindet das
kolbenseitige Ende des Widerstandes 24 mit dem Gerätestecker 27. Schließlich ist
das kolbenseitige Ende der Kontaktbahn 23 über ein Anschlußkabel 29 mit dem Gerätestecker
27 verbunden. An der Lagerscheibe 16 ist ein Schleifer 30 befestigt, der zwischen
die Schenkel 20 und 21 taucht und eine in Richtung auf die Schenkel leicht biegbare
Blattfeder 31 besitzt, die einseitig an einem an der Lagerscheibe 16 befestigten
Halteblech 32 eingespannt ist und an ihrem anderen Ende einen Isolierkörper 33 trägt,
an dem zwei gabelförmig abgespreizte Zungen 34 und 35 befestigt sind, die biegesteifer
als die Blattfeder 31, jedoch in der gleichen Richtung biegbar sind und mit Vorspannung
am Widerstand 24 bzw. der Kontaktbahn 23 anliegen. Die Zungen 34 und 35 können einstückig
oder getrennt ausgeführt sein, sind aber in jedem Fall leitend verbunden. Eine andere
Ausführung eines Schleifers ist in Figur 4 dargestellt.
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An einem Halter 37 sind zwei parallele Blattfedern 38 und 39 befestigt,
die an ihrem anderen Ende einen Isolierkörper 40 tragen, an dem zwei einstückig
ausgebildete Zungen 41 und 42 befestigt sind.
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Auch hier sind die Blattfedern 38 und 39 biegeweich ausgebildet. Die
ganze Anordnung wirkt so, daß die Zungen 41 und 42 bei einer Verformung der Blattfedern
41 und 42 keine Kippbewegung ausführen, sondern nur parallel zu sich selbst bewegt
werden.
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Zur Funktion, soweit es den hydraulischen Teil betrifft, sei folgendes
bemerkt: Der von der Druckquelle 10 gelieferte Druckmittelstrom gelangt unter im
wesentlichen konstantem Druck zum Anschluß P und von dort über die Anschlüsse P1
und P2 in den Ringraum 7, wo er eine konstante Kraft auf die wirksame Ringfläche
des Kolbens 2 ausübt. Wenn am Proportional-Magneten 12 kein elektrisches Signal
anliegt, stellt sich der nicht dargestellte Steuerkolben selbsttätig so ein, daß
der Kolbenraum 6 nahezu drucklos und im Ubrigen von den Anschlüssen P und P1 getrennt
ist.
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Wenn der Proportional-Magnet 12 nun mit in ihrer Stärke ansteigenden
Eingangssignalen beaufschlagt wird, wachsen entsprechend die auf den Steuerkolben
ausgeübte Kraft und der Druck auf den Kolben 2 im Kolbenraum 6. Da die dortige Wirkfläche,
nämlich die Kolbenvollfläche, doppelt so groß ist wie die Ringfläche, wird sich
bei fehlenden äußeren Kräften der Kolben 2 dann in Bewegung setzen, wenn der Druck
im Kolbenraum 6 die Hälfte des Systemdruckes über schritten hat. Diese Wirkungsweise
entspricht genau der einer Zwei-Kanten-Steuerung. Der Kolben 2 fährt aus, wenn der
Druck im Kolbenraum 6 die Hälfte des
Systemdruckes plus einem den
äußeren Kräften entsprechenden Wert übersteigt und er fährt ein, wenn der Druck
im Ringraum 7 und die äußere Kraft überwiegen.
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Das Ausfahren erfolgt mit der Verbindung P-A, das Einfahren mit der
Verbindung A-T.
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Der jeweilige Hub des Kolbens 2 bzw. seine jeweilige Stellung wird
über die Stellung des Schleifers relativ zum Widerstand 24 in ein elektrisches Signal
umgeformt. Unter der Voraussetzung, daß über das Anschlußkabel 28 und das Anschlußkabel
26 und die Leiterbahn 25 eine konstante Spannung an die Enden des Widerstandes 24
gelegt wird, wirkt dieser zusammen mit dem Schleifer 30 als Linearpotentlometer.
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Die Kontaktbahn 23 hat einen vergleichsweise sehr geringen Widerstand,
so daß eine unverfälschte Stgnalweiterleltung gegeben ist, Dies ist auch dann der
Fall, wenn der Kolben 2 sich einmal verdrehen sollte, da der Träger 18 torsionssteif
ist über die Befestigung 19 starr am Zylinderkopf 5 befestigt ist und letzlich in
der Lagerscheibe 16 torsionsfrei gelagert ist.
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Der Kolben 2 verdreht sich dann nur relativ zur Lagerscheibe 16, diese
jedoch nicht relativ zum Träger 18, so daß der Schleifer 30 bzw. 36 immer die gleiche
Lage zum Träger 18 einnimmt. Ein Abheben der Zungen 34 und 35 bzw. 41 und 42 durch
Fluchtungsfehler ist auch weitgehend vermieden, da Lageänderungen zunächst von den
biegeweichen Blattfedern 31 bzw.
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38 und 39 aufgenommen werden, der Anpreßdruck der Zungen 34 und 35
bzw. 4 und 42 jedoch weitgehend gleich bleibt.
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Da die Sackbohrung 13 praktisch als Hüllkörper für den U-förmigen
Träger dient, wird dieser auch bei längeren Ausführungen nicht frei schwingen und
sich durchbiegen können.
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Die über den Schleifer 30 bzw. 36 aufgenommenen Signale können über
externe Geräte aufbereitet und zu einer Lageregelung verwendet werden, d.h.
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man hat die Möglichkeit, den Kolben 2 in eine genau festgelegte Position
fahren zu lassen. Es Ist auch möglich, bestimmte Geschwindigkeiten zu fahren, über
Rampen anzufahren oder abzubremsen oder den Kolben 2 hydraulisch zu verriegeln.
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Es ist klar ersichtlich, daß die Anordnung des Linearpotentiometers
in einem U-förmigen Träger 18 einen geringeren Durchmesser der Sackbohrung 13 erfordert
als bei einer Anordnung in einer Ebene.
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Neben dem geringen Durchmesser ergibt sich auch der Vorteil der konstanten
Anpreßkraft der Zungen 34 und 35. Schließlich erfolgt die Anwendung unter U1, so
daß sich bei geringem Verschleiß eine lange Lebensdauer ergibt. Abweichend von der
Darstellung ist natürlich die hydraulische Steuerung unabhängig von der Ausführung
des Linearpotentiometers frei wählbar. Man könnte z.B. auch ein Proportional-Wegeventil
mit einer 3/2- oder 4/3-Wege-Charakteristik verwenden. Im ersteren Fall ergibt sich
wieder eine Zwei-Kanten-Steuerung, im letzten Fall eine Vier-K«ten-Steuerung. Es
ist weiterhin nicht unbedingt notwendig, das hydraulische Steuerventil im Zylinderkopf
anzuordnen.
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Es kann auch angeflanscht werden oder extern angeordnet sein. Obwohl
ein Hydraulik-Zylinder mit Flüssigkeiten betrieben wird, funktioniert die Erfindung
selbstverständlich auch bei gasförmigen Medien.
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Bezugszeichenliste 1 Zylinder 2 Kolben 3 Kolbenstange 4 Deckel 5 Zylinderkopf
6 Kolbenraum 7 Ringraum 8 Ventilkörper 9 Proportional-Druckregelventil 10 Druckquelle
11 Vorratsbehälter 12 Proportional-Magnet 13 Sackbohrung 14 Ansenkung 15 Sicherungsring
16 Lagerscheibe 17 Durchbruch 18 Träger 19 Befestigung 20 Schenkel 21 Schenkel 22
Boden 23 Kontaktbahn 24 Widerstand 25 Leiterbahn 26 Anschlußkabel 27 Gerätestecker
28 Anschlußkabel 29 Anschlußkabel 30 Schlelfer 31 Blattfeder 32 Halteblech 33 Isolierkörper
34 Zunge 35 Zunge 36 Schleifer 37 Halter 38 Blattfeder 39 Blattfeder 40 Isolierkörper
41 Zunge 42 Zunge