DE3730926C2 - - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem doppeltwirkenden Zylinder nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist bereits bekannt, mit Hilfe von induktiven Wegsensoren die Auslenkung eines Kolbens eines Zylinders zu bestimmen. Hierbei wird ein mit dem Kolben bzw. der Kolbenstange verbundener zusätzlicher Eisenkern relativ zu einem Spulensystem be­ wegt. Dabei ragen aber die Sensorteile aus dem Zylinderrohr heraus, so daß diese bei Betrieb leicht beschädigt werden können. Alternativ können bei einfachwirkenden Zylindern wie aus der DE-AS 12 99 432 oder aus der DD-PS 1 41 188 bekannt ist, auch die Sensorteile in einer Bohrung in der Kolbenstange angeordnet sein. Dies hat aber den Nach­ teil, daß der Zylinder aufwendig baut und die mechanische Festigkeit der Kolbenstange verringert wird.

Aus dem DE-GM 72 23 173 ist ein einfachwirkender Druckluftzylinder bekannt, der in den Endbereichen des Kolbens jeweils einen Geber aufweist. Diese sind als induktiv wirkende, berührungslose Schalter ausgebildet, in denen sich die Spule eines Oszillators befindet. Diese Geber wirken als sogenannte Endschalter, die die jeweilige Endposition des Kolbens erfassen, und über ein Magnetventil den Druckmittelzufluß steuern. Es ist keine analoge Bestimmung der Stellung des Kolbens möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sensorsystem für einen doppeltwirkenden Zylinders zu schaffen, das sich das Prinzip der bekannten Sensorsysteme zunutze macht, jedoch eine relativ gute Linearität der Meßsignale aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Der erfindungsgemäße doppeltwirkende Zylinder mit den kennzeichnen­ den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß der Zylinder und das Sensorsystem in besonders einfacher Weise in einem einzigen Bauteil integriert werden können. Es ist eine ein­ fache, genaue analoge Wegmessung in beide Richtungen für den Kol­ ben eines doppeltwirkenden Zylinders möglich. Der Zylinder kann als relativ störunanfällige Steuereinrichtung fur eine Hinterradlenkung eines Fahrzeugs verwendet werden. Der Zylinder baut einfach und re­ lativ preisgünstig. Der Kolben weist eine Doppelfunktion auf, er dient sowohl zur Kraftübertragung als auch als Geber für das Wegmeß­ system. Durch eine erhöhte Wicklungszahl an mindestens einem der Enden der Spule wird eine relativ gute Linearität der Meßsignale erreicht.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Zylinders moglich. Insbesondere durch die konische Ausbildung des Spulenkör­ pers ist ein nahezu linearer Verlauf der Meßkurve möglich.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge­ stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen die Fig. 1 einen doppeltwirkenden Zylinder mit einem nach dem Transformator-Prinzip arbeitenden Weg­ meßsystem, Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Ausführungsbei­ spiel und Fig. 2a eine Einzelheit nach Fig. 2.

Die Fig. 1 dient zur Verdeutlichung des Transformator-Prinzips.

In der Fig. 1 ist mit 10 ein doppeltwirkender Zylinder bezeichnet, der aus einem auf beiden Seiten durch Zylinderköpfe 11, 12 abge­ schlossenen, aus nicht magnetisierbarem Material, wie z. B. Austenit, Bronze, Aluminium, hergestellten Zylinderrohr 13 besteht. Im Zylin­ derrohr 13 ist ein Kolben 14 gleitend geführt. Mit Hilfe eines Dichtrings 15, der in einer etwa in der Mitte der Längsrichtung des Kolbens 14 ausgebildeten Ringnut 16 angeordnet ist, sind die beiden Druckräume 17, 18 des Zylinders 10 abgedichtet. Die beiden Kolben­ stangen 19, 20 des Kolbens 14 sind in mittigen Bohrungen 21, 22 der Zylinderköpfe 11, 12 geführt.

Beide Kolbenstangen 19, 20 sind durch in Nuten 25, 26 der Zylinder­ köpfe 11, 12 angeordneten Dichtungen 27, 28 abgedichtet.

Der Kolben 14 besteht aus magnetisierbarem Material, wie z. B. Weich­ eisen. Es ist aber auch möglich, auf dem Kolben 14 eine der Innen­ wand des Zylinderrohrs 13 zugewandten Schicht aus magnetisierbarem Material aufzubringen oder, wie in Fig. 2 dargestellt, den Kolben 14a als auf einer Kolbenstange 19a aufgesetzten Hülse 30 aus magne­ tisierbarem Material herzustellen. ln der Außenwand des Zylinder­ rohrs 13a ist zwischen zwei Nuten 33, 34, d. h. im Bereich der Grund­ stellung des Kolbens 14 eine dritte Nut 40 ausgebildet. In den Nuten 33, 34, 40 befindet sich je eine mit dem Kolben 14 in Wirkverbindung stehende Meßspule 35, 36, 41. Die dritte Spule 41 dient beim Trans­ formator-Prinzip als Primärspule und die beiden Spulen 35, 36 dienen als Sekundärspulen. Die Spulen 35, 36 sind parallel geschaltet. Wird der Kolben 14 hin und her bewegt, so wird die Kopplung zwischen der Primärspule, d. h. der Spule 41, und einer der Sekundärspulen, d. h. der Spulen 35 bzw. 36, verändert, wodurch die Induktivität der Spu­ len 35, 36 verändert wird. An den Spulen 35 bzw. 36 kann dann direkt die der jeweiligen Stellung des Kolbens 14 proportionale Spannung abgegriffen werden.

Vorteilhafterweise sollten die Meßspulen 35, 36 geringfügig die Zy­ linderköpfe 11, 12 und den sich in der Mitte des Zylinderrohrs 13a, d. h. den sich in Grundstellung befindlichen Kolben 14 geringfügig überdecken.

Es ist auch möglich, die Spulen auf separate Spulenkörper aufzuwik­ keln und auf das Zylinderrohr aufzuschieben.

Da bekanntlich der Meßbereich in den jeweiligen Endbereichen der Spulen von dem gewünschten linearen Verlauf abweicht, ist in Fig. 2 ein über dem jeweiligen Druckraum 17 bzw. 18 konisch verlaufender Spulenkörper 44 für die Spulen 35a bzw. 36a dargestellt. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist auf dem Zylin­ derrohr 13b der Spulenkörper 44 angeordnet. Der Boden 45 des Spulen­ körpers 44 ist so ausgebildet, daß er im Bereich der Grundstellung des Kolbens 14 seinen maximalen Durchmesser aufweist und sich zu den beiden Zylinderköpfen 11, 12 hin konisch verjüngt. Dadurch ist es möglich, wie in Fig. 2a näher gezeigt, die Windungszahl der Spulen 35a, 36a so zu erhöhen, daß der Meßbereich auch in den Randbereichen der Spulen 35a, 36a linear verläuft. Die dritte Spule 41a ist über die beiden Spulen 35a und 36a, d. h. über beide Druckräume 17, 18 an­ geordnet, wodurch die Linearität des Meßbereichs verbessert werden kann. Ferner ist es möglich bei einer möglichst kurzen Baulänge des Kolbens 14 und einem möglichst langen Hub, d. h. langem Druckraum, den Zylinder 10 sehr kompakt und kurz auszubilden.

Eine Verbesserung der Linearität der Meßsignale wird auch in der Fig. 1 durch eine unterschiedliche Windungszahl in den Randbereichen erreicht.

Weiterhin ist es möglich die Steigung bzw. die Linearität des Aus­ gangssignals durch Variation des Stoffes zu beeinflussen, aus dem die Zylinderköpfe 11, 12 hergestellt sind. So wird durch nur elek­ trisch leitende Stoffe das Ausgangssignal in den Kolbenendlagen (Zy­ linderköpfe) stark, durch magnetisierbare Stoffe weniger hoch ver­ stärkt.

Ist der doppeltwirkende Zylinder zur Steuerung in die Hinterradlen­ kung oder Vorderradlenkung eines Fahrzeugs eingebaut, so sind die Kolbenstangen 19, 20 mit dem Lenkgestänge des Fahrzeugs verbunden. Je nach Auslenkung des Lenkgestänges, ob nach links oder nach rechts, wird der Kolben 14 verschoben und gelangt somit in den Be­ reich der einen oder anderen Spule. Dadurch ist ein exakter Abgriff der jeweiligen Lenkstellung der Räder des Fahrzeugs und eine exakte, leicht reproduzierbare Steuerung in zwei Richtungen möglich.

Zur Ausschaltung von Temperaturschwankungen z. B. des Druckmediums und somit des Kolbens 14, die als Widerstandsänderungen das Meßsi­ gnal verfälschen können, können bekannte Methoden angewendet werden. Hierzu wäre z. B. im Bereich des Zylinderkopfes eine dritte Spule an­ zuordnen, die gegenläufig zu den Spulen 35, 36 gewickelt sein müßte.

Claims (10)

1. Doppeltwirkender Zylinder (10), insbesondere für die Betätigung der Radlenkung eines Fahrzeugs, mit einem Zylinderrohr (13) aus nicht ma­ gnetisierbaren Material, einem Kolben (14), der mindestens teilweise aus magnetisierbarem Material besteht und einem induktiven Wegaufneh­ mersystem, wobei im Bereich jedes Druckraums (17, 18) je mindestens eine Spule (35, 36) an der Außenwandung des Zylinderrohres (13) angeordnet ist, da­ durch gekennzeichnet, daß die Spulen (35, 36) mindestens im Bereich eines Endes eine erhöhte Wicklungszahl aufweisen und in Nuten (33, 34) angeordnet sind.

2. Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von der Grund­ stellung des Kolbens (14) zu seiner jeweiligen maximalen Auslenkung die Spulen (35, 36) zunehmende Wicklungszahl aufweisen.

3. Zylinder nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (33, 34) in der Außenwand des Zylinderrohrs (13) angeordnet sind.

4. Zylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen den Spulen (35, 36) der Druckräume (17, 18) ein Steg (37) befindet und daß dieser Steg (37) kleiner ist als die Länge des magnetisierbaren Bereichs des Kolbens (14).

5. Zylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsstellung des Kolbens (14) sich im Bereich des Stegs (37) mittig zwischen den Spulen (35, 36) der beiden Druckräume (17, 18) befindet.

6. Zylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (35, 36) mindestens bis zu den Zylinderköpfen (11, 12) des Zylinders (10) reichen.

7. Zylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (14) an seiner Oberfläche eine Schicht aus magnetisier­ barem Material aufweist.

8. Zylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (14) als auf eine Kolbenstange (19a) aufgesetzte Hülse (30) aus magnetisierbarem Material ausgebildet ist.

9. Zylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Druckräume (17, 18) kürzer ist als die Länge des Kolbens (14).

10. Zylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeich­ net, daß das Wegaufnehmersystem eine Primärspule (41a) und Sekundär­ spulen (35a, 36a) aufweist.