DE3636871A1

DE3636871A1 - Piston/cylinder unit with position indicator

Info

Publication number: DE3636871A1
Application number: DE19863636871
Authority: DE
Inventors: Rolf Landes; Mirel Dipl Ing Popescu
Original assignee: BEUKENBERG MASCHF
Current assignee: BEUKENBERG MASCHF
Priority date: 1986-10-30
Filing date: 1986-10-30
Publication date: 1988-05-11
Anticipated expiration: 2006-10-31
Also published as: DE3636871C2

Abstract

In order to be able to effectively utilise the advantages in particular of electronic control systems, sensors are necessary which are able to signal state variables and changes. An inductive proximity switch (11) is arranged on the cylinder housing to detect the position of a piston rod of a piston/cylinder unit, while an annular constriction is formed in the chrome coating of the piston rod at a predetermined location of the same for specific damping of the proximity switch. The proximity switch, which is at a certain distance from the surface of the piston rod, has a working switching gap of, for example, 0.6 mm in the area of the relatively thick chrome coating but is, for example, 0.7 mm from the surface of the piston rod. At the location of the relatively thin chrome coating, the working switching gap of the proximity switch is, for example, 0.81 mm. In this area, damping of the proximity switch is thus effected, and the proximity switch thereby produces a switching signal. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolben-Zylinder-Einheit, mit einem Stellungsgeber, der mindestens eine vorbestimmte Lage des Kolbens relativ zu dem Zylinder signalisiert und aus mindestens einer an oder in der chrombeschich teten Kolbenstange an vorbestimmter Stelle befindlichen Markierung und einem am Zylinder angeordneten Schalter besteht.The invention relates to a piston-cylinder unit, with a position transmitter, the at least one predetermined Position of the piston signaled relative to the cylinder and from at least one on or in the chrome coating teten piston rod located at a predetermined location Marking and a switch arranged on the cylinder consists.

Hydraulikzylinder kommen in verschiedensten Bereichen der Technik zum Einsatz, z.B. im Kranbau, in der Förder technik, in der Zerspanntechnik, usw. Zu Störungszwecken ist es notwendig, elektrische Signale zur Verfügung zu haben, welche eine oder mehrere vorbestimmte Positionen einer Kolbenstange bezüglich des Zylinders in einer Kolben-Zylinder-Einheit kennzeichnen.Hydraulic cylinders come in various areas technology, e.g. in crane construction, in conveying technology, machining technology, etc. For malfunctioning purposes it is necessary to have electrical signals available have one or more predetermined positions a piston rod with respect to the cylinder in one Mark the piston-cylinder unit.

In "Konstruktion und Design", November 1981, S. 34-38, sind verschiedene Möglichkeiten zur Positionserfassung an fluidtechnischen Antrieben (Kolben-Zylinder-Ein heiten) dargestellt. Es gibt z.B. magnetische Geber in Form einer Reihe von kleinen Magneten in der Kolben stange. Außerdem gibt es schraubenförmig angebrachte Markierungsstreifen unterhalb der Oberfläche der Kol benstange. Solche Geber oder Markierungen arbeiten mit im Zylindergehäuse angeordneten Hall-Generatoren oder Reed-Kontakten zusammen. Problematisch bei solchen Anlagen ist in erster Linie die Anbringung der Geber bzw. Markierungen in der Kolbenstange.In "Construction and Design", November 1981, pp. 34-38, are different options for position detection on fluid power drives (piston-cylinder-on units). There are e.g. magnetic encoder in the form of a series of small magnets in the piston pole. There are also helically attached ones Marking strips below the surface of the col rod. Such encoders or markers work with Hall generators arranged in the cylinder housing or Reed contacts together. Problematic with such Attachment is primarily the attachment of the donor or markings in the piston rod.

Es ist auch schon versucht worden, mit induktiven Näherungsschaltern zu arbeiten. Solche induktiven Näherungsschalter bestehen aus einem von außen beein flußbaren Hochfrequenz-Oszillator mit einem LC-Resonanz kreis. Eine in einem Verritkern eingebaute Oszillator spule erzeugt über einer aktiven Fläche ein hoch frequentes Wechselfeld. Bringt man nun in dieses Feld ein Metall ein, so wird der Oszillator beeinflußt. Durch eine derartige "Bedämpfung" mit Hilfe eines Be tätigungselements aus Metall läßt sich der Oszillator derart stark beeinflussen, daß seine Schwingung voll ständig abreißt. Hierdurch läßt sich ein Schaltsignal gewinnen.It has also been tried with inductive Proximity switches to work. Such inductive Proximity switches consist of an outside influence flowable high-frequency oscillator with an LC resonance circle. An oscillator built into a Veritro core coil creates a high over an active area frequent alternating field. Now bring it into this field metal, the oscillator is affected. By such a "damping" with the help of a Be Actuation element made of metal, the oscillator influence so strongly that its vibration is full keeps tearing off. This allows a switching signal win.

Man hat nun versucht, die Bedämpfung des Oszillators eines induktiven Näherungsschalters bei einem Stellungs geber für eine Kolben-Zylinder-Einheit zu erreichen durch Kupferstücke, die in entsprechende Bohrungen einer Kolbenstange eingebracht wurden. Problematisch ist dabei allerdings nicht nur das Versehen der Kolben stange mit den Bohrungen und das anschließende Ein bringen der Kupferstücke, sondern insbesondere die anschließende Oberflächenbearbeitung der Kolbenstange. Es hat sich gezeigt, daß auch bei sorgfältiger Nachbe handlung der eingebrachten Kupferstücke zwecks Anpassung an die Oberfläche der Kolbenstange die später aufge brachte Chromschicht an den Stellen der Kupferstücke teilweise abplatzt.An attempt has now been made to dampen the oscillator an inductive proximity switch in a position reach for a piston-cylinder unit through copper pieces, which are in the corresponding holes Piston rod were introduced. Is problematic but not only the mistake of the pistons rod with the holes and the subsequent on bring the copper pieces, but especially the subsequent surface treatment of the piston rod. It has been shown that even with careful follow-up action of the inserted copper pieces for the purpose of adjustment to the surface of the piston rod which later opened brought chrome layer on the places of the copper pieces partially chipped.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kolben- Zylinder-Einheit mit einem Stellungsgeber der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der als Schalter ein induktiver Näherungsschalter verwendet werden kann, die Ausbildung der einen Schaltvorgang bewirkenden Markierungen an der Kolbenstange aber ohne nennens werten Aufwand möglich ist. The invention has for its object a piston Cylinder unit with a position transmitter at the beginning to create the type mentioned when using a switch inductive proximity switch can be used the formation of a switching process Markings on the piston rod but no mention worth the effort.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Schalter als induktiver Näherungsschalter und die Markierung als Stelle reduzierter Schichtdicke der Chrombeschichtung der Kolbenstange ausgebildet ist.This object is achieved in that the switch as an inductive proximity switch and the Marking as a point of reduced layer thickness Chrome coating of the piston rod is formed.

Die Erfindung beruht auf folgendem Gedanken: Der Schalt abstand von induktiven Näherungsschaltern hängt von der Beschaffenheit des Betätigungselements ab. Bei Eisen metallen ist der Schaltabstand relativ groß, d.h., es erfolgt eine relativ starke Beeinflussung bereits in großem Abstand. Bei Nicht-Eisenmetallen ist die Beein flussung schwächer, d.h., das aus einem NE-Metall be stehende Betätigungsglied muß, damit ein Schaltvorgang ausgelöst wird, näher an die aktive Fläche des Nähe rungsschalters herangebracht werden.The invention is based on the following idea: The switching distance from inductive proximity switches depends on the Condition of the actuating element. With iron metals, the switching distance is relatively large, i.e. it there is already a relatively strong influence in great distance. The leg is for non-ferrous metals flow weaker, i.e. that from a non-ferrous metal standing actuator, so that a switching operation is triggered closer to the active area of the vicinity be brought up.

Bei einer relativ dicken Chromschicht von beispielsweise 50 µm ist der Schaltabstand relativ gering. Bei einer relativ dünnen Chromschicht ist der Schaltabstand fast so groß wie bei einem Eisen-Metall, d.h., die dünne Chromschicht beeinflußt den Schaltabstand kaum. Wenn man nun die aktive Fläche des Näherungsschalters so anordnet, daß sie im Bereich der in der Dicke reduzier ten Chromschicht eine Entfernung von der Oberfläche der Kolbenstange hat, die etwas geringer ist als der dort maßgebliche Arbeits-Schaltabstand, so erfolgt dann, wenn die Stelle der Kolbenstange mit der reduzierten Chromschicht an der aktiven Fläche des Näherungsschalters vorbeikommt, ein Schaltvorgang. Es erfolgt hingegen kein Schaltvorgang, wenn die Bereiche mit relativ dicker Chromschicht an dem Näherungsschalter vorbeigehen; denn auf Grund des verkürzten Schaltabstands wird der Näherungsschalter nicht oder praktisch nicht beeinflußt. For example, with a relatively thick chrome layer 50 µm, the switching distance is relatively small. At a relatively thin chrome layer, the switching distance is almost as big as an iron metal, i.e. the thin one Chrome layer hardly influences the switching distance. If the active surface of the proximity switch like this orders that they reduce in thickness in the range chrome layer a distance from the surface the piston rod, which is slightly less than that relevant working switching distance there, if the position of the piston rod with the reduced Chrome layer on the active surface of the proximity switch comes over, a switching operation. However, it does No switching if the areas are relatively thick Chrome layer past the proximity switch; because of the shortened switching distance Proximity switch not affected or practically unaffected.

Die erfindungsgemäße Ausbildung hat, wenn die Markie rung als ringförmige Einschnürung der Kolbenstangen- Oberfläche ausgebildet ist, den besonderen Vorteil, daß eine Betätigung des Näherungsschalters unabhängig von der Winkellage der Kolbenstange erfolgt. Bei der oben angesprochenen Lösung mit in den Kolben eingelassenen Kupferstücken war dies nicht möglich. Hatte sich dort die Kolbenstange etwas verdreht, wurde der Näherungs schalter nicht ausgelöst, da die Kupferstücke seitlich an dem Näherungsschalter vorbeiliefen.The training according to the invention has when the Markie ring-shaped constriction of the piston rod Surface is formed, the particular advantage that actuation of the proximity switch regardless of the angular position of the piston rod. At the above mentioned solution with embedded in the flask This was not possible for copper pieces. Had there the piston rod twisted somewhat, became the approximation switch not triggered because the copper pieces on the side Pass the proximity switch.

Man kann die erfindungsgemäße Stelle reduzierter Chrom schicht an einer bestimmten Stelle der Kolbenstange vorsehen, man kann aber auch eine Vielzahl solcher Stellen vorsehen, so daß bei jedem Vorbeistreichen einer solchen Stelle an dem Näherungsschalter ein Schaltimpuls ausgelöst wird. Mit Hilfe einer geeigneten elektronischen Schaltung, die z.B. einen Zähler enthält, läßt sich dann eine Vielzahl von Kolbenstangen-Positio nen erfassen.One can use the reduced chromium site according to the invention layer at a certain point on the piston rod provide, but you can also a variety of such Provide places so that every time you pass such a point on the proximity switch Switching pulse is triggered. With the help of a suitable electronic circuit which e.g. contains a counter then a variety of piston rod positions capture.

In einer speziellen Ausführungsform weist die Kolben- Zylinder-Einheit folgende Merkmale auf:In a special embodiment, the piston Cylinder unit has the following features:

a) The chrome coating on the piston rod is the largest some 40-70 microns, preferably 40-60 microns thick.
b) Be the chrome coating at the mark carries 5-20 µm, preferably 10-15 µm; and
c) the proximity switch points from the surface of the Piston rod a working switching distance of approx. 0.75 mm.

Im Einzelfall wird die aktive Fläche des Näherungs schalters jeweils so in radialer Richtung bezüglich der Kolbenstange eingestellt, daß im Bereich der dicken Chromschicht keine Beeinflussung der Oszillator schwingung erfolgt, im Bereich der reduzierten Chrom schicht jedoch ein sicheres Schalten des Näherungs schalters eintritt.In individual cases, the active area of the approximation switch in each case with respect to the radial direction the piston rod set that in the range of thick Chrome layer does not affect the oscillator vibration occurs in the area of reduced chrome layer, however, a safe switching of the proximity switch entry.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:The following is an embodiment of the invention explained in more detail. Show it:

Fig. 1 eine Seitenansicht mit teilweise weggebrochenen Teilen einer Kolben-Zylinder-Einheit, und Fig. 1 is a side view with partially broken parts of a piston-cylinder unit, and

Fig. 2 eine schematische Detailansicht eines Teils einer Kolbenstange mit in dessen Nähe angeord netem Näherungsschalter. Fig. 2 is a schematic detailed view of part of a piston rod with a proximity switch arranged in its vicinity.

Die in Fig. 1 dargestellte hydraulische Zylinder/Kol ben-Einheit besteht aus einem Zylindergehäuse 2 und einer Kolbenstange 3. Die Kolbenstange 3 besitzt einen Kern aus Stahl, der größtenteils mit einer 50-60 µm dicken Chromschicht überzogen ist. An dem in Fig. 1 rechts dargestellten Ende des Kolbens 3 schließt sich ein Kolbenraum 4 an. Der Kolben 3 selbst ist von einem Ringraum 5 umgeben, der außen durch die Wand des Zylin ders 2 begrenzt wird.The hydraulic cylinder / Kol ben unit shown in Fig. 1 consists of a cylinder housing 2 and a piston rod 3rd The piston rod 3 has a core made of steel, which is largely covered with a 50-60 µm thick chrome layer. A piston chamber 4 connects to the end of the piston 3 shown on the right in FIG. 1. The piston 3 itself is surrounded by an annular space 5 , which is limited on the outside by the wall of the cylinder 2 .

In den Kolbenraum 4 mündet eine Bohrung, die zu einem Hydraulikflüssigkeit-Anschluß 6 führt. Am anderen Ende des Zylinders mündet in den Ringraum 5 ein weiterer Hydraulikflüssigkeit-Anschluß 7. Durch entsprechende Beaufschlagung von Kolbenraum und Ringraum läßt sich die Kolbenstange 3 in dem Zylindergehäuse 2 nach links bzw. nach rechts bewegen. A bore opens into the piston chamber 4 and leads to a hydraulic fluid connection 6 . At the other end of the cylinder, another hydraulic fluid connection 7 opens into the annular space 5 . The piston rod 3 can be moved in the cylinder housing 2 to the left or to the right by appropriately loading the piston chamber and the annular chamber.

Zwischen dem Kolbenraum 4 und dem Ringraum 5 befindet sich eine Dichtung 9. Auf der linken Seite sitzt am Ende des Zylindergehäuses 2 eine Dichtung 8.A seal 9 is located between the piston chamber 4 and the annular chamber 5 . At the end of the cylinder housing 2 there is a seal 8 on the left side.

An einer vorbestimmten Stelle der Kolbenstange befindet sich eine als Einschnürung 10 ausgebildete Stelle, an der die größtenteils 50-60 µm dicke Chromschicht redu ziert ist auf eine Schichtdicke von etwa 15 µm.At a predetermined position of the piston rod there is a constriction 10 formed at which the mostly 50-60 μm thick chrome layer is reduced to a layer thickness of approximately 15 μm.

Im Bereich der Dichtung 8 ist in das Zylindergehäuse ein induktiver Näherungsschalter 11 eingesetzt. Dessen aktive Fläche hat einen vorbestimmten Abstand von der Oberfläche der Kolbenstange 3.In the area of the seal 8 , an inductive proximity switch 11 is inserted into the cylinder housing. Its active surface has a predetermined distance from the surface of the piston rod 3 .

Wenn sich nun die Kolbenstange 3 aus dem Zylinderge häuse 2 herausbewegt, gelangt die ringförmige Einschnü rung 10 etwa auf halbem Wege in den Bereich des Nähe rungsschalters 11. Auf Grund der reduzierten Schicht dicke des Chroms wirkt der aus Eisenmetall (Stahl) bestehende Kern der Kolbenstange 3 als den Oszillator des Näherungsschalters bedämpfendes Betätigungsglied. Deshalb wird der Näherungsschalter 11 betätigt, wenn ihm die Einschnürung 10 etwa gegenüberliegt.If the piston rod 3 now moves out of the cylinder housing 2 , the annular constriction 10 arrives approximately halfway into the area of the proximity switch 11 . Due to the reduced layer thickness of the chrome, the core of the piston rod 3, which is made of ferrous metal (steel), acts as an actuator damping the oscillator of the proximity switch. Therefore, the proximity switch 11 is actuated when the constriction 10 is approximately opposite it.

In Fig. 2 ist die Situation dargestellt, daß die Ein schnürung 10 exakt dem Näherungsschalter 11 gegenüber liegt. Rechts oben in Fig. 2 ist der Näherungsschalter 11 noch einmal gestrichelt dargestellt.In Fig. 2 the situation is shown that the lacing 10 is exactly opposite the proximity switch 11 . The proximity switch 11 is shown again in dashed lines at the top right in FIG. 2.

Die Kolbenstange besteht aus Stahl mit einem Chrom-Über zug. Größtenteils besteht der Chrom-Überzug aus einer dicken Chromschicht 13, und nur im Bereich der Ein schnürung 10 ist eine dünne Chromschicht vorhanden. Die Schicht 13 ist hier etwa 50 µm dick, die dünne Chromschicht 14 nur etwa 15 µm.The piston rod is made of steel with a chrome coating. For the most part, the chrome coating consists of a thick chrome layer 13 , and only in the area of the lacing 10 is a thin chrome layer available. The layer 13 is here about 50 microns thick, the thin chrome layer 14 only about 15 microns.

Von der aktiven Fläche F des Näherungsschalters 11 geht ein Hochfrequenz-Wechselfeld aus. Die aktive Fläche F hat von der Oberfläche der Kolbenstange im Bereich der dünnen Chromschicht einen Abstand d _sb von 0,81 mm. Wegen der relativ dünnen Chromschicht erfolgt eine Bedämpfung des Wechselfeldes 15, mit der Folge, daß der Näherungsschalter 11 ein Schaltsignal erzeugt.A high-frequency alternating field originates from the active surface F of the proximity switch 11 . The active surface F has a distance d _sb of 0.81 mm from the surface of the piston rod in the area of the thin chrome layer. Because of the relatively thin chrome layer, the alternating field 15 is damped, with the result that the proximity switch 11 generates a switching signal.

Befindet sich die Kolbenstange mit der relativ dicken Chromschicht im Bereich des Näherungsschalters 11, wie rechts in Fig. 2 dargestellt ist, so beträgt der Arbeits-Schaltabstand nicht 0,81 mm, sondern nur etwa 0,5 bis 0,6 mm. Diese Tatsache ist in Fig. 2 rechts durch ein flacheres Wechselfeld 16 angedeutet. Der Schaltabstand im Bereich der relativ dicken Chrom schicht 13 ist in der Zeichnung mit d bezeichnet und beträgt - wie gesagt - etwa 0,6 mm.If the piston rod with the relatively thick chrome layer is in the area of the proximity switch 11 , as shown on the right in FIG. 2, the working switching distance is not 0.81 mm, but only about 0.5 to 0.6 mm. This fact is indicated on the right in FIG. 2 by a flatter alternating field 16 . The switching distance in the area of the relatively thick chrome layer 13 is designated d in the drawing and - as mentioned - is about 0.6 mm.

Der Abstand zwischen der aktiven Fläche des Näherungs schalters und der Oberfläche der Kolbenstange im Bereich der dicken Chromschicht 13 beträgt s=0,75 mm. Im Be reich der dicken Chromschicht kommt die Oberfläche der Kolbenstange also nicht nahe genug an den Näherungs schalter heran, um dessen Wechselfeld signifikant bedämpfen zu können. Es wird also kein Schaltsignal erzeugt.The distance between the active surface of the proximity switch and the surface of the piston rod in the area of the thick chrome layer 13 is s = 0.75 mm. In the area of the thick chrome layer, the surface of the piston rod does not come close enough to the proximity switch to be able to significantly dampen its alternating field. So no switching signal is generated.

In Abwandlung der oben erläuterten Ausführungsform können über die Länge der Kolbenstange mehrere Ein schnürungen verringerter Chromschicht-Dicke angeordnet sein. In a modification of the embodiment explained above can over the length of the piston rod several Ein Lacing of reduced chrome layer thickness arranged be.

In einer weniger günstigen Ausführungsform kann statt der Einschnürung auch eine punktförmige Vertiefung in der Oberfläche der Kolbenstange vorgesehen sein.In a less favorable embodiment, instead the constriction also a punctiform depression in be provided on the surface of the piston rod.

Die Übergänge zwischen Bereichen dicker und Bereichen dünner Chromschicht sind stufenförmig ausgeprägt. Mit Hilfe eines Nutrings im Bereich der Dichtung läßt sich erreichen, daß diese Stufen glatt und ohne Schwierig keiten bezüglich der Dichtwirkung überfahren werden.The transitions between areas thicker and areas thin chrome layer are pronounced step-like. With With the help of a groove in the area of the seal achieve these levels smoothly and without difficulty the sealing effect.

Claims

1. Piston-cylinder unit with a position transmitter which signals at least one predetermined position of the piston rela tively to the cylinder and consists of at least one mark on or in the chrome-coated piston rod at a predetermined position and a switch arranged on the cylinder, characterized in that that the switch as an inductive proximity switch ( 11 ) and the marking as a point ( 10 ) of reduced layer thickness ( 14 ) of the chrome coating ( 13 , 14 ) of the piston rod ( 3 ) is formed.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the marking is formed as an annular constriction ( 10 ) of the piston rod surface.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that

a) the chrome coating of the piston rod is mostly 40-70 µm, preferably 50-60 µm thick,
b) the chrome coating at the location of the marking is 5-20 μm, preferably 10-15 μm thick, and
c) the proximity switch from the surface of the piston rod has a distance of about 0.75 mm, while the working switching distance in the loading area of the marking point has a value of about 0.81 mm.