DE3325400C2 - Hydraulik-Zylinder mit innenliegender Wegumformung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hydraulikzylinder mit innenliegender Wegumformung. Der einfachen, billigen und bewährten Methode, den Weg über ein Linearpotentiometer umzuformen, welches am Zylinderkopf befestigt ist und von einem am Kolben befestigten Schleifer abgetastet wird, stand bisher die Tatsache im Wege, daß zur Gewährleistung eines permanenten Schleiferkontaktes eine Verdrehsicherung am Kolben oder an der Kolbenstange vorhanden sein mußte. Erfindungsgemäß wird diese Schwierigkeit durch eine im Kolben axial unverschiebbar, jedoch drehbar angeordnete Lagerscheibe beseitigt, durch welche das Linearpotentiometer zentrisch, axial verschiebbar, jedoch unverdrehbar hindurchgeführt ist, wobei der Schleifer an der Lagerscheibe befestigt ist. Der Zylinder kann so in jeder beliebigen Weise eingebaut werden, ohne daß auf Verdrehsicherungen Rücksicht genommen werden müßte.

Description

dadurch gekennzeichnet, daß

g) im Kolben (2) eine Lagerscheibe (16) konzentrisch so angeordnet ist, daß sie relativ zum Kolben (2) axial unverschiebbar, jedoch konzentrisch drehbar ist,

h) die Lagerscheibe (16) einen axial gerichteten Durchbruch (17) besitzt, der während jeder möglichen Hubstellung des Kolbens (2) vom Träger (18) und dem darauf angeordneten Potentiometer-Wegumformer so durchdrungen wird, daß eine axiale Verschiebung des Trägers (18) durch den Durchbruch (17) möglich ist, eine relative Verdrehung zwischen Träger (18) und Lagerscheibe (16) jedoch verhindert wird;

i) zwischen Lagerscneibe (16) und Potentiometer-Wegumformer keine leitende Verbindung besteht und

j) der doppelte Schleifer (30) fest mit der Lagerscheibe (16) verbunden ist.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hydraulik-Zylinmit innenliegender Wegumformung mit den Merklen des Oberbegriffs des Patentanspruchs.
Jekanntlich werden derartige Hydraulik-Zylinder — wobei als das Betriebsmedium natürlich auch andere Fluide zur Anwendung kommen — mit entsprechenden Ventilen gepaart als Servozylinder, Positioniereinheit oder Linearverstärker bezeichnet Neben Wegmeß-Systemen auf der Basis von Ultraschall-Wellenleitern sind auch induktive und kapazitive Systeme bekannt Gegenüber diesen Systemen sind Potentiometer vergleichsweise billig und robust, und auch die Auswertung der Signale gestaltet sich recht einfach. Eine Schwierigkeit

ίο ergibt sich bei der Anwendung handelsüblicher Linear-Potentiometer dadurch, daß diese einen Widerstand, eine Leiterbahn zum Ende des Schichtwiderstandes und pine Kontaktbahn zur Weiterleitung der Signale in einer tbene angeordnet haben.

Zum Funktionieren ist es unabdingbar, daß der Schleifer den Widerstand und die Kontaktbahn permanent berührt Bereits kleinere Verdrehungen würden den Kontakt unterbrechen. Diesem Nachteil kann durch eine Verdrehsicherung am Kolben bzw. an der Kolbenstange abgeholfen werden. Eine Verdrehsicherung ist aber an sich schon aufwendig und darüber hinaus ist ohne weitere Spezialeinrichtungen nicht gewährleistet, daß die Befestigungsorgane an der Kolbenstange wie Gabeln, Schwenklager oder dergleichen immer die richtige Lage in Relation zur Befestigung des Zylinders selbst haben.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Hydraulik-Zylinder der in Rede stehenden Art so auszugestalten, daß auf eine einfädle, billige Weise ohne Vergrößerung des Einbauraumes und ohne Beeinträchtigung der Funktion die Kolbenstange in jeder beliebigen Winkelstellung mit anderen Bauteilen verbunden oder auf diese wirken kann. Der Einbau des Hydraulik-Zylinders soll vorgenommen werden können, ohne daß sich der Monteur oder Bedienende in irgend einer Form Gedanken über die Befestigung zu machen braucht.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs.

Der Vorteil dieser Lösung liegt darin, daß die Lagerscheibe jede beliebige Winkelstellung in bezug auf den Kolben einnehmen kann und nur geringe Reibungskräfte im Sinne einer Torsion auf den Träger des Linearpotentiometers übertragen werden. Da der Schleifer natürlich an der Lagerscheibe und nicht am Kolben selbst befestigt ist, findet weder eine unzulässige Verformung des Trägers noch det Schleifers statt.

Anhand eines in den Zeichnungen (F i g. 1 bis 4) dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert.

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 au-Ben geführt.

Auf der anderen Sv-ite 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-Druckregelventil 9 eingeschraubt ist, welches mit Anschlüssen P, P₁, A und Γ versehen ist. Der Anschluß P ist mit einer nicht näher dargestellten Druckquelle 10 verbunden. Der Anschluß Tsteht mit einem Vorratsbehälter 11 in Verbindung.

Der Anschluß A mündet in Form einer den Zylinder-

kopf 5 durchdringenden Bohrung im Kolbenraum 6. Der Anschluß P\ ist dauernd mit dem Anschluß P und über eine feste Rohrverbindung mit einem in den Ringraum 7 mündenden Anschluß P₂ verbunden. Die Flächen von Kolbenraum 6 und Ringraum 7 verhalten sich im wesentlichen wie 2 :1.

Ein Proportional-Magnet 12 steuert in an sich bekannter Weise Hnen im Innern des ProportionaJ-Druckregelventils 9 angeordneten Steuerkolben so, daß der Druck am Anschluß A den elektrischen Eingangssignalen proportional nachfolgt.

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 /4-TDruckmittel 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.

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. 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 so bemessen, 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. 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. Widerstand Li und Leiterbahn 25 sind an ihrem deckelseitigen Ende miteinander verbunden.

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 Ai.schlußkabel 28 verbindei 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 Lager^cheibe 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 Blaufeder 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 Fig.4 dargestellt. 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 f5 befestigt sind.

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.

Zur Funktion, soweit es den hydraulischen Teil betrifft, sei folgendes bemerkt:

Der von der Druckquelle 10 gelieferte Druckmiitelstrom gelangt unter im wesentlichen konstantem Druck zum Anschluß P und von dort über die Anschlüsse P₁ und Pn 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 übrigen von den Anschlüssen P nd Pj getrennt ist. Wenn der Proportional-Magnet 12 nun mit in ihrer Stärke ansteigenden Eingangssignal beaufschlagt wird, wachsen entsprechend die auf den Steuerkolben ausgeübte Kraft und der Druck auf den Kolben 2 im Kolbenraum 6. Da die dortige W'rkfläche, nämlich die KolbenvoHfläche, doppelt so gro£· 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 überschritten 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. Das Ausfahren erfolgt mit. der Verbindung P-A, das Einfahren mit der Verbindung A- T.

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 Anschlußkabei 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 Liriearpotentiometer.

C^:e Kontaktbahn 23 hat einen vergleichsweise sehr geringen Widerstand, so daß eine unverfälschte Signalweiterleitung 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. 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, d? Lageär.derungen zunächst von den biegeweichen Blattfedern 31 bzw. 38 und 39 aufgenommen werden, de* Anpreßdruck der Zungen 34 und 35 bzw. 41 und 42 jedoch weitgehend gleich bleibt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   Hydraulik-Zylinder mit innenliegender Wegumformung mit

   a) einem Zylinder;

   b) einem in dem Zylinder gleitbar angeordneten, mit einer abgedichtet nach außen geführten Kolbenstange verbundenen Kolben;

   c) einer stirnseitig vom Kolben ausgehenden Sackbohrung im Kolben bzw. der Kolbenstange;

   ti) einem am Zylinderkopf befestigten Trager fur einen in die Sackbohrung in einer der Hublänge entsprechenden Länge eintauchbaren Potentiometer-Wegumformer mit einem einen Widerstand, e«ne Leiterbahn und eine Kontaktbahn aufweisenden Linearpotentiometer,

   e) durch den Zylinder oder den Zy'inderkopf abgedichtet nach außen zu einem Gerätestecker oder dergleichen geführten elektrischen Leitungen zur Versorgung des Linearpotentiometers und zur Signalweiterleitung, welche Leitungen mit den zylinderkopfseitig^n Enden des Widerstandes, der Leiterbahn und der Kontaktbahn leitend verbunden sind, wobei eine weitere leitende Verbindung zwischen den kolbenstangenseitipen Enden des Widerstandes und der Leiterbann besteht;

   f) einem als Potentiometer griff dienenden doppelten Schleifer, der immer gleichzeitig den Widerstand abtastet und die K nitaktbahn berührt und so eine elektrische Verbindung zwischen Widerstand und Kontaktbahn herstellt und im übrigen isoliert befestigt ist und mit dem Kolben bewegt wird derart, daß der doppelte Schleifer in jeder möglichen Stellung des Kolbens Kontakt hat,