DE4442019A1

DE4442019A1 - Stellungsüberwachter Kolbenspeicher

Info

Publication number: DE4442019A1
Application number: DE19944442019
Authority: DE
Inventors: Hartmut Dr Ing Ulrich; Walter Brandenburger
Original assignee: Integral Hydraulik and Co
Current assignee: Integral Accumulator GmbH and Co KG
Priority date: 1994-11-25
Filing date: 1994-11-25
Publication date: 1996-05-30
Anticipated expiration: 2014-11-26
Also published as: DE4442019C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen stellungsüberwachten Kolbenspeicher mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Merkmalen.

Es ist bekannt, daß eine Stellungsüberwachung bei Kolbenspeichern im allgemeinen nicht eine Stetig-Überwachung ist, sondern eher eine ganz bestimmte Stellung überwacht wird. Diese bestimmte Stellung kann einem vorbestimmten Füllungsgrad entsprechen, in welchem Fall der meist als Reed-Kontakt ausgeführte Stromschalter, auf zweierlei Weise benutzt werden kann. Zur Begrenzung auf einen vorbestimmten Füllungsgrad kann der hydraulische Druckerzeuger direkt abgeschaltet oder zumindest durch ein Schaltventil an der weiteren Zufuhr des Druckmediums gehindert werden. Wenn es andererseits darum geht, einen bestimmten Mindestfüllungsgrad als Sicherheitsreserve oder als Bereitschaftsanzeige in dem Hydrospeicher vorzuhalten, kann bei Unterschreiten dieses Füllungsgrades der Stromschalter oder ein nachgeschalteter Schaltverstärker den Druckerzeuger selbst wieder anschalten bzw. die Zufuhr von Druckmittel über ein Schaltventil bewirken. Ein weiterer Anwendungsfall besteht in der Überwachung der Gasvorspannung, deren Abfall auf Grund von Gasverlusten unter sonst gleichen Randbedingungen zu einem höheren Füllungsgrad und damit zum Ansprechen des Stromschalters führt. Ein durch das Schalten erzeugtes Signal (optisch, akustisch, Stillsetzen des Antriebs) kann dann auf den Mangel bzw. dessen Behebung hinweisen und so die volle Funktionsfähigkeit des Systems sichern.

Bei einer bekannten Anordnung (DE-OS 24 31 605) ist das Sackloch für den Stromschalter in einem flachen, geschraubten oder durch einen Überwurfflansch gehaltenen Boden oder Deckel angeordnet. In einer Grundausführung ist das Sackloch zentrisch angeordnet und der Permanentmagnet, der fest an oder relativ beweglich zu dem Kolben und im übrigen fluchtend zur Sackbohrung angeordnet ist, nähert sich innerhalb des Druckraums dem Ende der Sackbohrung und löst bei Unterschreiten eines Mindestabstandes den Schaltvorgang aus. Offensichtlich ist diese Art der Schaltauslösung nicht mit hoher Genauigkeit zu verwirklichen, da bei weiteren Ausführungen ein spezielles, den Permanentmagneten tragendes Schaltglied benutzt wird, welches in einer weiteren, zentrisch vom Druckraum ausgehenden Sackbohrung beweglich ist, zu der die Sackbohrung für den Stromschalter eng benachbart, jedoch entgegengesetzt verläuft. Auf diese Weise werden zwar Leckstellen an Abdichtungen vermieden, jedoch muß für die zweite Sackbohrung sowie die Halterung und Führung des speziellen Schaltgliedes ein erhöhter Aufwand getrieben werden.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, den Aufwand für ein genaues Schalten zu verringern bzw. das Schaltverhalten an sich im Sinne einer größeren Schaltgenauigkeit zu verbessern.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Der Vorteil dieser Anordnung liegt darin, daß sich im Innern des Ringmagneten ein sehr homogenes Magnetfeld ausbildet. Dieses homogene Magnetfeld sichert genaue Schaltpunkte unabhängig von radialen Lagetoleranzen des Ansatzes relativ zur Öffnung des Ringmagneten oder der jeweiligen radialen Lage des Stromschalters innerhalb des Ansatzes. Als Stromschalter sind handelsübliche Reed-Kontakte geeignet, aber auch Hall-Generatoren oder sonstige unter der Wirkung eines Magnetfeldes schaltende oder signalerzeugende Einrichtungen können verwendet werden.

Anspruch 2 bezieht sich auf einen topfförmigen Kolben und eine Anordnung des Ringmagneten im Randbereich des Kolbens.

Anspruch 3 beschreibt die Anordnung des Ringmagneten an einem Kunststoff-Formteil, das seinerseits am Kolben befestigt ist.

Anspruch 4 bezieht sich auf die Befestigung des Kunststoff-Formteils am Kolben.

Anspruch 5 richtet sich auf eine einstückige Ausführung von Zylindergehäuse und Boden (mit Ansatz), wobei gemäß Anspruch 6 bevorzugt Aluminium verwendet werden kann.

Anspruch 7 bezieht sich auf die Anordnung des Ansatzes innerhalb des Gasraumes des Kolbenspeichers, Anspruch 8 hingegen auf die Anordnung im Flüssigkeitsraum.

Anspruch 9 bezieht sich auf eine spezielle Anwendung und auf einen Schaltpunkt, der vor dem maximal möglichen Hub des Kolbens liegt und nach Anspruch 10 bei ca. 70% des maximalen Hubes liegen kann.

Anspruch 11 richtet sich auf eine axial verstellbare Anordnung des Stromschalters mittels eines Schraubgewindes, wofür nach Anspruch 12 eine Verdrehsicherung vorgesehen sein kann.

Die Ansprüche 12 und 13 beschreiben die wahlweise Möglichkeit, den Stromschalter als Öffner oder Schließer zu benutzen.

Anhand von in den Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Kolbenspeicher mit gasraumseitigen Stromschalter und dem Kolben in flüssigkeitsseitiger Endlage.

Fig. 2 zeigt den gleichen Speicher mit einer Kolbenstellung, die etwa der Schaltstellung entspricht.

Fig. 3 zeigt einen Kolbenspeicher mit einem Kunststoff-Formteil als Träger für den Ringmagneten.

Fig. 4 zeigt einen Kolbenspeicher mit flüssigkeitsraumseitiger Anordnung des Stromschalters.

Ein topfförmiges zylindrisches Gehäuse 1 ist durch einen einstückig angeformten flachen Boden 2 sowie einen weiteren angeschweißten flachen Boden 3 verschlossen. Ein Kolben 4 teilt den Innenraum des Gehäuses 1 in zwei Druckräume jeweils veränderlicher Größe, nämlich einen dem Boden 3 benachbarten Flüssigkeitsraum 5 und einen dem Boden 2 benachbarten Gasraum 6. In den Flüssigkeitsraum 5 kann über einen im Boden 3 angeordneten Flüssigkeitsanschluß 7 Flüssigkeit aus einem nicht näher dargestellten Hydrauliksystem eingefüllt werden bzw. wieder an das Hydrauliksystem abgegeben werden. In den Gasraum 6 wird über eine z. B. durch einen Widerstandsschweißbutzen 8 verschließbare Gasfüllöffnung 9 ein unter einem Druck stehendes Gas, meist Stickstoff, zur Erzeugung der sogenannten Gasvorspannung eingefüllt. Der Boden 2 besitzt einen in den Gasraum 6 hineinragenden zylindrischen Ansatz 10 aus einem nicht magnetisierbaren Material und mit einem zentralen Sackloch 11, in welches von außen ein axial verstellbarer Stromschalter 12 bis in den Bereich des Gasraumes 6 eingeschraubt ist. Der Stromschalter 12 ist in nicht näher dargestellter Weise mit einem Schaltverstärker verbunden und kann z. B. durch eine Kontermutter 13 gegen Verstellen gesichert werden. Der Kolben 4 besitzt gasraumseitig eine ihm ein topfförmiges Aussehen gebende Ansenkung 14, deren Tiefe mindestens so bemessen ist, daß der den Stromschalter 12 enthaltende Teil des Ansatzes 10 in die Ansenkung 14 eintauchen kann. Im Randbereich 15 des Kolbens 4 ist in der Ansenkung 14 eine aus einem nicht magnetisierbaren Werkstoff, vorzugsweise Kunststoff, hergestellte Haltescheibe 16 befestigt, die ihrerseits zur zentrischen Aufnahme eines als Permanentmagnet dienenden Ringmagneten 17 dient. Der Ringmagnet 17 ist mit einer mittigen, zylindrischen Öffnung 18 versehen, deren Durchmesser gerade so groß ist, daß der Ansatz 10 mit geringem radialem Spiel hindurchpaßt. Für den Fall, daß der zwischen dem Ringmagneten 17 und dem Ansatz 10 verbleibende Spalt beim Eintauchen des Ansatzes 10 einen zu hohen Staudruck erzeugt, kann die Haltescheibe 16 mit axial gerichteten Durchbrüchen 19 versehen sein.

Ausgehend von der Darstellung in Fig. 1 sei angenommen, daß Flüssigkeit über den Flüssigkeitsanschluß 7 eingefüllt werde. Der Kolben 4 wird sich dann, wenn der Druck der Flüssigkeit die Gasvorspannung übersteigt, aufwärts bewegen. Dabei wird bei weiter steigendem Druck irgendwann der Ringmagnet 17 den Ansatz 10 zu überfahren beginnen. Das Magnetfeld des Ringmagneten 17 bewirkt dann nach einem vorbestimmten Hub einen Schaltvorgang in dem Stromschalter 12. Je nach Konstruktion des Stromschalters kann dieser selbst als Öffner und/oder Schließer geschaltet sein. Es ist aber auch möglich, in dem Stromschalter nur ein Schaltsignal zu erzeugen und den Schaltvorgang für den Leistungsstrom über eine Auswerteelektronik von einem Schaltverstärker im öffnenden und/oder schließenden Sinne ausführen zu lassen. Wenn es z. B. darum geht, den Kolbenhub vor Erreichen der mechanischen Endlage im Sinne eines bestimmten Füllungsgrades zu begrenzen, wäre ein Schließer zweckmäßig, welcher den Antrieb für die Druckquelle abschaltet. Wenn es darum geht, daß der Kolben 4 wegen unzulässig hoher Gasverluste bei einem vorbestimmten Druck in den Schaltbereich kommt, könnte ein Öffner für eine Signalfunktion günstig sein. Gleichzeitig könnte ein Schließer den Antrieb abschalten. Ein Schließer bei einer Aufwärtsbewegung und ein Öffner bei einer Abwärtsbewegung könnten z. B. für den automatischen Ersatz einer Sicherheitsreserve dienen. Wenn der Schaltpunkt für die gesamte Anwendung unverändert bleiben soll und kann, könnte man auf die permanente Verstellbarkeit zugunsten einer Justierung und Festlegung des Schaltpunktes verzichten und zwar z. B. durch Verstemmen oder Verquetschen des Gewindes.

In Fig. 3 sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszahlen belegt und funktionsmäßig ähnliche Teile mit einer mit einem Hochstrich versehenen Bezugszahl. Demnach ist bei einem Kolben 4′ der Randbereich 15′ außen so abgedreht, so daß ein hülsenförmiger Ansatz mit einem Absatz 20 entsteht. Von dem Absatz 20 ausgehend ist eine Nut 21 eingestochen, die zur Aufnahme des als Ringwulst 22 ausgebildeten Randes eines kegelstumpfförmigen Kunststoff-Form teiles 23 dient, welches den Randbereich 15′ um einiges überragt und an seinem oberen Ende als Halterung 24 für den Ringmagneten 17 ausgebildet ist. Durchbrüche 19′ in der Mantelfläche des "Kegelstumpfes" dienen einer staudruckfreien Strömung bei engem Spalt zwischen Ringmagnet 17 und Ansatz 10.

Der Innenraum des Gehäuses 1′ ist gestuft ausgeführt, so daß der in der Stufe 25 größeren Durchmessers gleitende Kolben 4′ bezogen auf die Gesamtlänge des Gehäuses 1′ nur einen Teilhub ausführen kann und dann an einem Absatz 26 zwischen der Stufe größeren Durchmessers und einer Stufe 27 kleineren Durchmessers seinen Anschlag finden würde, wenn nicht der Ringmagnet 17 vorher an den Schaltpunkt des Stromschalters 12 kommen würde. Diese Konstruktion ist überall da sinnvoll, wo der Gasraum in Relation zum wirksamen Hub groß sein soll. Durch das Kunststoff-Formteil 23 vermeidet man, daß entweder der Kolben 4′ oder der Ansatz 10 über Gebühr lang werden. Bezüglich der Schaltfunktion ergeben sich keine Unterschiede gegenüber der Ausführung nach den Fig. 1 und 2.

In Fig. 4 (Bezugszahlen zum Teil mit 1 oder 2 Hochstrichen) ist der Stromschalter 12 flüssigkeitsseitig angeordnet. Ein Ansatz 10′ geht von einem Boden 3′ aus. Dementsprechend besitzt ein Kolben 4′′ eine vom Flüssigkeitsraum 5′ ausgehende Ansenkung 14′′ mit einem Randbereich 15′′ zur Aufnahme der Haltescheibe 16 mit dem Ringmagneten 17 und den Durchbrüchen 19. Der Flüssigkeitsanschluß 7′ ist vom seitlichen Mantel des Bodens 3′ ausgehend radial gerichtet angebracht und ist über einen Kanal 28 mit dem Flüssigkeitsraum 5′ verbunden. Die Schaltfunktion ist auch hier prinzipiell die gleiche wie schon vorher beschrieben. Der Unterschied besteht nur darin, daß einmal der Spalt zwischen Ringmagneten 17 und Ansatz 10 mit Gas gefüllt ist und in diesem Fall beim Ansatz 10′ mit Flüssigkeit.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. So ist es natürlich auch möglich, den gasraumseitigen Boden anzuschweißen. Wenn man davon ausgeht, daß ein Boden mit Ansatz leichter herzustellen sein dürfte als ein vergleichsweise langer Zylinder mit Ansatz, könnte diese Konstruktion sogar günstiger sein als die in den Fig. 1 und 2 dargestellte. Natürlich ist es auch möglich, beide Böden anzuschweißen oder z. B. durch Verschrauben zu befestigen. Die sonstige Konstruktion, z. B. die Anordnungen der Dichtungen oder der Öffnungen, hat keinen Einfluß auf den Erfindungsgedanken.

Bezugszeichenliste

1; 1′ Gehäuse 2 Boden
3; 3′ Boden
4; 4′ Kolben
5; 5′ Flüssigkeitsraum
6; 6′; 6′′ Gasraum
7; 7′ Flüssigkeitsanschluß
8 Widerstandsschweißbutzen
9 Gasfüllöffnung
10; 10′ Ansatz
11 Sackloch
12 Stromschalter
13 Kontermutter
14; 14′; 14′′ Ansenkung
15; 15′; 15′′ Randbereich
16 Haltescheibe
17 Ringmagnet
18 Öffnung
19; 19′ Durchbruch
20 Absatz
21 Nut
22 Ringwulst
23 Kunststoff-Formteil
24 Halterung
25 Stufe
26 Absatz
27 Stufe

Claims

1. Stellungsüberwachter Kolbenspeicher mit einem im wesentlichen zylindrischen und mit beidseitigen Böden versehenen Gehäuse mit einem zylindrischen Innenraum, einem den Innenraum in zwei Druckräume veränderlicher Größe unterteilenden, abgedichtet geführten Kolben, einem zur Aufnahme eines magnetisch betätigbaren Stromschalters dienenden Sackloch in einem aus nicht magnetisierbaren Material, z. B. Aluminium, hergestellten Boden und einem am Kolben innerhalb des dem Boden benachbarten Druckraumes angeordneten Permanentmagneten zum Auslösen eines Schaltvorganges des Stromschalters bei Erreichen eines vorbestimmten Mindestabstandes zwischen Stromschalter und Permanentmagnet, dadurch gekennzeichnet, daß der das Sackloch (11) aufweisende Boden (2; 3′) einen in den benachbarten Druckraum (Gasraum 6 bzw. 6′; Flüssigkeitsraum 5′) hineinragenden Ansatz (10; 10′) besitzt, das Sackloch (11) in diesen Ansatz (10; 10′) bis in den Bereich des Druckraumes (Gasraum 6 bzw. 6′; Flüssigkeitsraum 5′) verläuft, der Stromschalter (12) in diesem Bereich angeordnet ist und der Permanentmagnet als Ringmagnet (17) ausgebildet ist, der den Ansatz (10; 10′) mit geringem Spiel umgreift.

2. Kolbenspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (4; 4′′) topfförmig ausgebildet ist und der Ringmagnet (17) innen im Randbereich (15; 15′′) der Kolbenöffnung angeordnet ist.

3. Kolbenspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum eine axial vom Ende des Ansatzes (10) entfernte Anschlagstufe (Absatz 26) oder dergleichen für den Kolben (4′) aufweist und etwa stirnseitig am Kolben (4′) ein hohles Kunststoff-Formteil (23) befestigt ist, daß an seinem freien Ende (Halterung 24) zur Aufnahme des Ringmagneten (17) vorgesehen ist.

4. Kolbenspeicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoff-Formteil (23) im wesentlichen dem Mantel eines Kegelstumpfes entspricht und mit einer an seinem größten Durchmesser angeordneten, nach innen gerichteten Ringwulst (22) in eine entsprechende Ringnut (21) schnappen kann, die sich am Ende einer stirnseitigen Andrehung (Randbereich 15′) am Kolben (4′) befindet, auf welche Andrehung das Kunststoff-Formteil (23) aufgeschoben wird.

5. Kolbenspeicher nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Gehäuse (1; 1′) und der mit dem Ansatz versehene Boden (2) einstückig ausgebildet sind.

6. Kolbenspeicher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Gehäuse (1; 1′) und Boden (2; 2′) ein Aluminiumformteil sind.

7. Kolbenspeicher nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenspeicher einen mit einem Flüssigkeitsanschluß (7) versehenen Flüssigkeitsraum (5) und einen mit einem vorgespannten Gas gefüllten Gasraum (6; 6′) aufweist und der Ansatz (10) in den Gasraum (6; 6′) hineinragt.

8. Kolbenspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz (10′) in den Flüssigkeitsraum (5′) hineinragt.

9. Kolbenspeicher nach einem der vorigen Ansprüche zur Verwendung in einem Bremsregelkreis eines Fahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromschalter (12) anspricht, wenn der Kolben (4; 4′) einen vorbestimmten Hub gemacht hat, der kleiner ist als sein maximal möglicher.

10. Kolbenspeicher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromschalter (12) bei etwa 70% des maximal möglichen Hubes anspricht.

11. Kolbenspeicher nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sackloch (11) zumindest in seinem nach außen weisenden Bereich mit Innengewinde versehen ist, der Stromschalter (12) in einem in das Innengewinde einschraubbaren Einsatz angeordnet ist und der Einsatz axial verstellbar ist.

12. Kolbenspeicher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz durch eine Verdrehsicherung (Kontermutter 13) in Position gehalten wird.

13. Kolbenspeicher nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromschalter (12) bzw. der mit ihm verbundene Schaltverstärker als Öffner ausgebildet ist.

14. Kolbenspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromschalter (12) bzw. der mit ihm verbundene Schaltverstärker als Schließer ausgebildet ist.