DE3789366T2

DE3789366T2 - Hubsensor für flüssigkeitsbetriebene Zylinder.

Info

Publication number: DE3789366T2
Application number: DE3789366T
Authority: DE
Inventors: Kazuhisa Hatano-Shi Kanagawa Ikenoya; Shinnya Kani-Shi Gifu Nomura; Toshiro Kani-Shi Gifu Toyoda
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 1986-12-16
Filing date: 1987-12-15
Publication date: 1994-06-23
Anticipated expiration: 2007-12-16
Also published as: US4839591A; DE3789366D1; EP0271878A3; EP0271878B1; EP0271878A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen magnetischen Hubsensor und insbesondere einen Hubsensor für einen fluidangetriebenen Zylinder, bestehend aus einer magnetischen Skala an der seitlichen Oberfläche einer Kolbenstange und einem magnetischen Sensor, der in einem Loch gelagert ist die der Skala gegenüberliegt, nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Aus JP-A-62-42003 ist eine magnetische Skala für einen Hubsensor für einen fluidangetriebenen Zylinder bekannt, der aus einer magnetischen Skala an der seitlichen Oberfläche einer Kolbenstange und einem magnetischen Sensor besteht, der in einem Loch gelagert ist, das in der Zylinderwand ausgebildet ist, die der Skala gegenüberliegt.
Es existieren bereits fluidangetriebene Zylinder, bei denen eine Kolbenstange mittels des Drucks eines dem Zylinder zugeführten Fluids hin- und herbewegt wird, und ein Hubsensor installiert ist, um die Verschiebungsstellung der Stange zu ermitteln. Dieses System kann beispielsweise die Form eines magnetischen Sensors haben, der aus einem magnetischen Widerstandselement im Zylinder besteht, das eine bewegliche magnetische Skala abliest, die mit einer bestimmten Teilung in der seitlichen Oberfläche der Stange eingelagert ist.
Ein derartiges System, bei dem eine magnetische Skala oder ähnliches an der Oberfläche einer Kolbenstange eines Servo- Zylinders ausgeformt ist, ohne die Dichtwirkung zwischen der Kolbenstange und der Zylinderröhre zu verringern, ist beispielsweise aus JP-A-55-20083 bekannt. Eine Spiralnut ist an der äußeren Oberfläche der Kolbenstange ausgeformt und mit einem Material gefüllt, das sich von dem Stangenmaterial unterscheidet. Anstelle der Spiralnut können Aussparungen in gleichmäßigem Abstand an der Stangenoberfläche ausgebildet und mit dem Material gefüllt sein.
Nach dem Stand der Technik ist bekannt, daß sich der Magnetsensor in einem Befestigungsloch in der Zylinderwand befindet, wobei die Magneterfassungsfläche der magnetischen Skala mit äußerst geringem Abstand zugewandt ist. Wenn sich die Kolbenstange in bezug auf den Zylinder bewegt, ändert sich der magnetische Fluß jedesmal, wenn das die Skala bildende magnetische Element die Vorderseite des Sensors passiert, und der Sensor gibt eine Wechselwellenform aus, wobei eine Periode derselben einer Passage des magnetischen Elements entspricht. Diese Wellenperioden können dann durch einen Komparator in Impulse umgewandelt werden, wodurch die Verschiebung der Kolbenstange durch Zählen ermittelt werden kann.
Wenn sich jedoch der Abstand zwischen der magnetischen Skala und der magnetischen Erfassungsfläche des ihr zugewandten Sensors ändert, ändert sich auch die Amplitude des Sensorausgangs oder sein Medianwert entsprechend. Um einer stabilen Ausgang zu erzielen, ist es daher erforderlich, den Zwischenraum zwischen der Sensorfläche und der Skala genau zu steuern.
Normalerweise wird, wenn der magnetische Sensor an dem Zylinder angebracht wird, ein Befestigungsloch mit einem Bohrer oder einem anderen Werkzeug in der Zylinderwand hergestellt, und der Sensor wird angebracht, indem ein zuvor ausgeformter abgesetzter Bereich an seinem hinteren Ende mit dem in dem Loch ausgeformten abgesetzten Bereich in Kontakt gebracht wird.
Der Abstand zwischen dem Sensor und der Skala wird damit direkt durch die Tiefe des abgesetzten Bereiches bestimmt, der durch Bohren erzeugt wurde. Verglichen mit der Maßeinhaltung der Zylinderwand, der Dicke und der Maße des magnetischen Sensors ist es jedoch nicht derartig einfach, die Tiefe des abgesetzten Bereiches genau zu steuern. Das führt entweder zu erhöhten Kosten für die Montage des Hubsensors oder zu einer Verringerung der Erfassungsgenauigkeit und der Zuverlässigkeit.
Wenn die Kolbenstange aufgrund von Laständerungen gebogen wird, ändert sich der Abstand zwischen dem Sensor und der Skala auf der Kolbenstange, so daß der Sensor diese Veränderungen ebenfalls ausgibt.
Aus dem IBM Technical Disclosure Bulletin, Volume 13, Nr. 9, Februar 1977, Seiten 3301 bis 3302, ist eine federgespannte Anbringung für ein Hall-Sensor-Emitterrad bekannt, bei dem ein Zwischenraum zwischen einem Sensor und einer Oberfläche eines Rades mit einer Trägerfederspannung stets konstant gehalten wird. In diesem Dokument ist ein Sensor mit Schrauben und Blattfedern an dem U-förmigen Träger angebracht so daß es erforderlich ist, die Schrauben einzustellen, um den vorgegebenen Zwischenraum zu erhalten, was insofern von Nachteil ist, als sich die Schrauben durch Vibration von dem sich drehenden Rad lockern können, wodurch sich der Zwischenraum ändert.
Aus US-A-4,397,180 ist ein Ventilpositionssensor für ein Kraftstoffeinspritz-Tellerventil bekannt, der ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt, das dem mechanischen Hub des Tellerventils entspricht.
Aus JP-A-58-72771 ist ein Kolbenpositionsdetektor in einem Zylinder bekannt, bei dem die Position eines Kolbens durch das Anbringen von Permanentmagneten an einer Kolbenstange und das Anbringen von Annäherungsschaltern einschließlich magnetisch empfindlicher Elemente innerhalb eines Trageelements, das die Kolbenstange trägt, ermittelt wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Hubsensor zu schaffen, bei dem eine leichte und zuverlässige Anbringung eines magnetischen Sensors in bezug auf eine magnetische Skala erreicht wird, bei dem die Verschiebung des Sensors der Skala auch dann folgen kann, wenn die Kolbenstange aufgrund der Lastschwankungen gebogen wird, wobei der Abstand zu der Skala stets konstant gehalten wird, und bei dem der Sensor auch dann genau und leicht in seinem Befestigungsloch angebracht werden kann, wenn die Zylinderwand sehr dick ist und die Tiefe des Lochs bedeutend größer ist als sein Durchmesser.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 erfüllt.
Erfindungsgemäß wird die oben genannte Aufgabe durch Befestigung eines reibungswiderstandsfähigen, nichtmagnetischen Teils aus Material an dem magnetischen Sensor erfüllt, das von seiner Erfassungsoberfläche in Richtung der Kolbenstange vorspringt indem eine Druckbeaufschlagungseinrichtung geschaffen wird, die das nichtmagnetische Material in die Lage versetzt, mit der seitlichen Wand der sich bewegenden Kolbenstange in Kontakt zu bleiben, wobei ein Abstand zwischen der Sensorerfassungsoberfläche und der Kolbenstange vorbestimmt und unveränderbar ist, und das reibungswiderstandsfähige, nichtmagnetische Teil aus PFTE oder Messingmaterial besteht.
Da dieses Teil aus Material, das an dem Sensor angebracht ist, von der Druckbeaufschlagungseinrichtung gehalten wird und an der Stange gleitet, wird der Sensor in Abhängigkeit von dem Vorsprungsmaß des nichtmagnetischen Materials in einem festen Abstand zu der magnetischen Skala gehalten. Es ist dann nicht erforderlich, einen abgesetzten Bereich herzustellen, um den Sensor in seinem Befestigungsloch anzubringen, und auch wenn die Kolbenstange gekrümmt wird, bleibt das nichtmagnetische Material aufgrund der Druckbeaufschlagungseinrichtung mit der sich bewegenden Stange in Kontakt und hält dadurch den Abstand zwischen dem Sensor und der Skala konstant.
Wenn das reibungswiderstandsfähige, nichtmagnetische Material an dem magnetischen Sensor angebracht wird, kann es entweder an der magnetischen Oberfläche angebracht werden, oder in eine Rohrform gebracht werden und über den Umfang des Sensors gepaßt werden.
Wenn ein rohrförmiges Teil verwendet wird, können die Maße noch leichter eingehalten werden, wenn der hintere Rand des rohrförmigen Teils mit einem abgestuften Bereich großen Durchmessers in Kontakt gebracht wird, der am hinteren Ende des Sensors ausgebildet ist.
Wenn ein Halter, der den Sensor trägt, hinter dem Sensor in dem Befestigungsloch angeordnet ist, wirkt die Druckbeaufschlagungseinrichtung über den Halter auf das nichtmagnetische Material, wodurch der magnetische Sensor auch dann leicht montiert und demontiert werden kann, wenn die Tiefe des Lochs größer ist als sein Durchmesser.
Die Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus den beigefügten Zeichnungen und den unten beschriebenen Ausführungen noch deutlicher hervor.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein vertikaler Schnitt durch einen Teil eines fluidangetriebenen Zylinders, der eine zu bevorzugende Ausführung der vorliegenden Erfindung darstellt.
Fig. 2 ist ein horizontaler Schnitt entlang der Linie A-A- in Fig. 1.
Fig. 3 ist ein vertikaler Schnitt durch einen Teil eines fluidangetriebenen Zylinders, der eine andere Konstruktion für das nichtmagnetische Material darstellt.
Fig. 4 ist ein senkrechter Schnitt durch den magnetischen Sensor, der eine weitere Abwandlung für die Konstruktion des nichtmagnetischen Materials darstellt.
Fig. 5 ist ein senkrechter Schnitt durch einen Teil eines fluidangetriebenen Zylinders, der eine andere Ausführung der vorliegenden Erfindung darstellte.
Fig. 6 ist ein horizontaler Schnitt durch einen Teil eines fluidangetriebenen Zylinders, wobei ein vertikaler Schnitt entlang einer senkrechten Linie durch Fig. 5 ausgeführt wurde.
Fig. 7 ist ein vertikaler Schnitt durch einen Teil eines fluidangetriebenen Zylinders, der eine weitere Ausführung der vorliegenden Erfindung darstellt.
Fig. 8 ist ein vertikaler Schnitt durch einen Teil eines fluidangetriebenen Zylinders, der die räumliche Anordnung des Befestigungslochs darstellt.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungen

In Figur 1 und 8 wird ein magnetischer Sensor 4 in einem Sensor-Befestigungsloch 3 von Zylinder 2 gehalten und ist der an der seitlichen Oberfläche von Kolbenstange 1 ausgebildeten magnetischen Skala zugewandt. Sensor-Befestigungsloch 3 ist eine Durchgangsbohrung mit einheitlichem Durchmesser die mittels Bohrschneiden in der Zylinderwand hergestellt wird.
Um den vorgegebenen Abstand zwischen der magnetischen Erfassungsoberfläche 5 des vorderen Randes von Sensor 4 und Kolbenstange 1 aufrechtzuerhalten, ist ein rohrföriniges Teil 6 frei gleitend so in ein Befestigungsloch 3 eingeführt, daß es über den Umfang von Sensor 4 paßt. Teil 6 besteht aus einem reibungswiderstandsfähigen, nichtmagnetischen Material, wie beispielsweise PTFE oder Messing, und sein vorderer Rand gleitet an Kolbenstange 1
Ein weiteres Teil 7 mit anderem und größerem Durchmesser ist am hinteren Rand von Sensor 4 ausgebildet. Der hintere Rand des rohrförmigen Teils 6 wird mit diesem Teil 7 in Kontakt gebracht, und es ist so lang, daß sein vorderer Rand um einen vorgegebenen Abstand von der magnetischen Erfassungsoberfläche 5 in Richtung von Kolbenstange 1 vorsteht. Wenn der vordere Rand von Teil 6 an Kolbenstange 1 gleitet, wird daher der Abstand zwischen der magnetischen Erfassungsoberfläche 5 und der magnetischen Skala an Kolbenstange 1 konstant gehalten.
Ein rohrförmiger Halter 8 ist hinter dem magnetischen Sensor 4 angeordnet. Halter 8 paßt so in Befestigungsloch 3, daß er frei an dessen Innenfläche gleiten kann, und sein vorderer Rand wird befestigt, indem er über den Umfang des hinteren Randes des rohrförmigen Teils 6 gedrückt wird, so daß die äußere Oberfläche von Teil 7 von Sensor 4 bedeckt ist.
Darüber hinaus ist, wie in Fig. 2 dargestellt, ein Stift 10 von der äußeren Oberfläche von Halter 8 her in eine vertikale Nut 9 in Teil 7 eingesetzt, wodurch die Drehung von Sensor 4 in bezug auf Halter 8 verhindert wird.
Der obere Rand von Halter 8 steht in Richtung der äußeren Oberfläche von Zylinder 2 vor und hat einen abgesetzten Bereich 11 mit größerem Durchmesser als Loch 3 am vorstehenden Rand. Dieser abgesetzte Bereich 11 verhindert, daß Halter 8 zusammen mit Sensor 4 und Teil 6 durch das Loch 3 fällt, wenn Zylinder 2 demontiert wird.
Eine Abdeckung 12 ist an der äußeren Oberfläche von Zylinder 2 so angebracht, daß sie den oberen Rand von Halter 8 umschließt.
Eine Feder 13 ist zwischen Halter 8 und Abdeckung 12 als Druckbeaufschlagungseinrichtung eingesetzt, die es Teil 6 ermöglicht, mit Kolbenstange 1 in Kontakt zu bleiben. Durch die Rückstoßkraft dieser Feder drückt Halter 8 Teil 6 über den magnetischen Sensor 4 in Richtung von Kolbenstange 1.
Auch wenn Kolbenstange 1 gekrümmt werden sollte, bleibt daher der vordere Rand von Teil 6 ständig in Kontakt mit der Stange 1, und der Abstand zwischen der magnetischen Erfassungsoberfläche 5 und der magnetischen Skala wird konstant gehalten.
Dadurch, daß Stift 14, der zum oberen Rand vorsteht, mit Loch 15 in Abdeckung 12 zusammenfällt, verhindert Halter 8 Drehbewegung. Wenn Sensor 4 montiert wird, wird er an Halter 8 befestigt und in Befestigungsloch 3 eingeführt, wobei der Sensor durch diesen Stift 14 und den Stift 10, der dich zwischen Sensor 4 und Halter 8 befindet, genau in der richtigen Stellung eingesetzt wird.
Indem Sensor 4 am vorderen Rand von Halter 8 befestigt wird, kann er darüber hinaus auch dann leicht und genau in der vorgeschriebenen Position in Befestigungsloch 3 eingesetzt werden, wenn das Loch tief ist und einen kleinen Durchmesser hat.
Obwohl die oben aufgeführten Ausführungen bevorzugte Ausführungen der Erfindung sind, stellen sie sie nicht erschöpfend dar, und es sind mehrere andere konstruktive Abwandlungen innerhalb des Umfangs der Ansprüche möglich.
So kann beispielsweise, um einen konstanten Abstand zwischen der Oberfläche 5 und Kolbenstange 1 aufrechtzuerhalten, anstelle des rohrförmigen Teils 6 eine Kappe 16 aus reibungswiderstandsfähigem, nichtmagnetischen Material auf den vorderen Rand von Sensor 4 aufgepaßt werden, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, oder eine Platte 17 aus ähnlichem Material kann, wie in Fig. 4 dargestellt, an die Erfassungsoberfläche 5 von Sensor 4 angeklebt werden.
Als Alternative dazu kann, wenn die seitliche Wand von Zylinder 2 dünn ist, oder das Sensorloch 3 flach ist, anstelle von Halter 8 ein Ring aus elastischem Material 18 zwischen Sensor 4 und Abdeckung 12 eingesetzt werden, um den vorderen Rand von Teil 6 mit dem Umfang von Kolbenstange 1 in Kontakt zu halten, wie dies in Fig. 5 und Fig. 6 dargestellt ist. In diesem Fall ist, wie in Fig. 6 dargestellt, der vordere Rand von Teil 6 entsprechend dem Umfang von Kolbenstange 1 geformt, und Teil 6 ist an Sensor 4 angeklebt, um beide in Stellung zu halten und Drehbewegung zu verhindern.
Des weiteren kann anstelle des Einfügens eines abgestuften Bereiches in Teil 6 sein oberer Rand, wie in Fig. 7 dargestellt, mit dem Teil 7 mit anderem Durchmesser in Sensor 4 in Kontakt gebracht werden, wodurch Teil 7 in Befestigungsloch 3 gleitet. Auf diese Weise kann die Erfindung in einer vereinfachten Form ausgeführt werden.

Claims

1. Hubsensor für einen fluidangetriebenen Zylinder, bestehend aus einer magnetischen Skala an der seitlichen Oberfläche einer Kolbenstange (1) und einem magnetischen Sensor (4), der in einem Loch (3) gelagert ist, das in der Zylinderwand ausgebildet ist, die dies ser Skala gegenüberliegt,

dadurch gekennzeichnet

daß ein reibungswiderstandsfähiges, nichtmagnetisches Teil (6) aus Material, das an dem Sensor (4) anhaftet von seiner Erfassungsoberfläche zur Seite der Kolbenstange (1) vorspringt,

eine Druckbeaufschlagungseinrichtung (13,18) das nichtmagnetische Material derart unterstützt, daß es in Berührung mit der seitlichen Oberfläche der Kolbenstange (1) verbleibt,

daß ein Abstand zwischen der Sensorerfassungsoberfläche und der Kolbenstange (1) vorbestimmt und unveränderbar ist, und

daß das reibungswiderstandsfähige, nichtmagnetische Teil (6) aus PFTE oder Messingmaterial ist.

2. Hubsensor für einen fluidangetriebenen Zylinder, nach Anspruch 1, wobei das reibungswiderstandsfähige, nichtmagnetische Material (6) an der magnetischen Erfassungsoberfläche angebracht ist.

3. Hubsensor für einen fluidangetriebenen Zylinder, nach Anspruch 1 wobei das reibungswiderstandsfähige, nichtmagnetische Material ein rohrförmiges Teil (6), ist das an dem Umfang des magnetischen Sensors (4) angebracht ist.

4. Hubsensor für einen fluidangetriebenen Zylinder, nach Anspruch 3, wobei der hintere Rand des rohrförmigen Teils (6) in Kontakt mit einem abgestuften Bereich von großem Durchmesser gebracht wird, der an dem hinterem Ende des Sensors (4) ausgebildet ist.

5. Hubsensor für einen fluidangetriebenen Zylinder, nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei ein Halter (8) hinter dem Sensor (4) angeordnet ist und die Druckbeaufschlagungseinrichtung das Teil (6) aus nichtmagnetischem Material zu dem Halter (8) hin stützt.