DE60023612T2

DE60023612T2 - Wegsensor eines hydraulischen Zylinders, und derart ausgestattetes Flurförderfahrzeug

Info

Publication number: DE60023612T2
Application number: DE60023612T
Authority: DE
Inventors: Katsumi Kariya-shi Nagai
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 1999-08-26
Filing date: 2000-08-07
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2020-08-08
Also published as: EP1079119B1; DE60023612D1; US6435031B1; EP1079119A3; JP2001065513A; EP1079119A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hubzylinder (Hydraulikzylinder) in einem Gabelstapler und insbesondere ein Verfahren zum Erkennen einer Position eines Kolbens im Hubzylinder.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Im Allgemeinen ist ein Hubzylinder (Hydraulikzylinder) in einem Gabelstapler installiert, um eine Gabel nach oben und unten zu bewegen. Die Gabel wird durch die Hin- und Herbewegung einer Kolbenstange im Hubzylinder nach oben und unten bewegt. Wenn auf die Gabel des mit dem Hubzylinder ausgestatteten Gabelstaplers verschiedene Steuerungsvorgänge ausgeübt werden, werden deshalb die Positionen und die Geschwindigkeiten der Auf- und Abwärtsbewegungen der Gabel durch Messung einer Position und einer Laufgeschwindigkeit der Kolbenstange (des Kolbens) des Hubzylinders erfasst.
Als Mittel zum Erkennen der Position oder der Laufgeschwindigkeit des Kolbens des Hubzylinders wird üblicherweise ein Ultraschallsensor verwendet. Ein Beispiel für den Hubzylinder, bei dem ein solcher Ultraschallsensor verwendet wird, wird in der Japanischen Offenlegungsschrift 10-238513 beschrieben. Dieses Dokument umfasst die Merkmale der Präambel des Patentanspruchs 1 der vorliegenden Erfindung. Eine Anordnung des in dieser Veröffentlichung beschriebenen Hubzylinders wird im Folgenden kurz unter Bezug auf 10 beschrieben.
10 zeigt einen Hubzylinder (einen einfach wirkenden Kolbenzylinder) 50, der mit einem Zylindermantel 52, einem Zylinderblock 53, einer Kolbenstange 51, einem zusammen mit der Kolbenstange 51 verschiebbaren Kolben 54 usw. ausgestattet ist. Als Medium für die Kraftübertragung für die Kolbenstange 51 ist der Hubzylinder 50 mit einem Hydrauliköl gefüllt.
Ein Ultraschallsensor 55 ist so angebracht, dass eine Sender- und Empfängerseite des Sensors einer Bodenfläche 54a des Kolbens 54 gegenüber liegt. Der Ultraschallsensor 55 ist mit einem Schwingungselement 60, einem Gehäusebauteil 61 zur Halterung des Schwingungselements 60 und einem Abdeckbauteil 62 zum Abdecken des Schwingungselements 60 ausgestattet. Das Abdeckbauteil 62 besteht aus einem Metall wie beispielsweise Eisen, Aluminium oder Ähnlichem, welches das Schwingungselement 60 schützen soll. Das Schwingungselement 60 ist im Allgemeinen mit einer Unterlage 63 zum Absorbieren der an seiner Rückseite erzeugten Schwingungen ausgestattet.
Der Ultraschallsensor 55 ist als Einzelbauelement ausgelegt, welches die Ultraschallwelle sowohl senden als auch empfangen kann. Demzufolge wird die durch das Schwingungselement 60 erzeugte Ultraschallwelle von einer Oberfläche des Abdeckbauteils 62 abgestrahlt, zum Beispiel entlang eines in 10 durch die zweifach punktierte Linie 70 dargestellten Weges (im Folgenden als „gesendete Welle" bezeichnet), von der Bodenfläche 54a des Kolbens 54 reflektiert und anschließend nach Durchlaufen eines durch die zweifach punktierte Linie 71 dargestellten Weges (im Folgenden als „empfangene Welle" bezeichnet) empfangen. Über die Leitungen 58 wird ein elektrisches Signal an eine Sende-/Empfangsschaltung 56 und eine Steuereinheit 57 ausgegeben, welches der vom Schwingungselement 60 empfangenen Ultraschallwelle entspricht.
Die Position des Kolbens 54 des Hubzylinders 50 wird durch Messung einer Zeitspanne ermittelt, welche die Ultraschallwelle für das Zurücklegen der Strecke zwischen dem Ultraschallsensor 55 und der Bodenfläche 54a des Kolbens 54 benötigt, d.h. einer Zeitverzögerung der empfangenen Welle gegenüber der gesendeten Welle (im Folgenden als „Messzeitlänge" bezeichnet). Die so ermittelte Position des Kolbens 54 kann zum Beispiel für verschiedene Steuerungsvorgänge der Gabel des Gabelstaplers genutzt werden.
Der oben beschriebene Hubzylinder 50, der mit dem Ultraschallsensor 55 zum Ermitteln der Position des Kolbens 54 ausgestattet ist, wird kaum durch Umgebungsbedingungen beeinflusst und eignet sich sehr gut zur einfachen fortlaufenden Ermittlung der Positionen des Kolbens 54.
Die vom Schwingungselement 60 erzeugte Ultraschallwelle enthält jedoch eine indirekt abgestrahlte Welle, d.h. eine Oberflächenwelle (zum Beispiel eine Welle, die über eine Innenwandfläche des Zylindermantels 52 entlang des durch die zweifach punktierte Linie 72 oder 73 in 10 dargestellten Weges übertragen wird). Da die auf diese Weise indirekt über die Innenwand des Zylindermantels 52 abgestrahlte Oberflächenwelle durch den Ultraschallsensor 55 als Echo empfangen wird, kann die Messgenauigkeit der Messzeitlänge abnehmen. Diese Erscheinung wird unter Bezug auf die 10 und 11 ausführlicher erläutert. 11 zeigt ein Beispiel von Wellenformen der gesendeten und der empfangenen Welle.
Es ist bekannt, dass die entlang des durch die zweifach punktierte Linie 72 oder 73 in 10 dargestellten Weges übertragene Oberflächenwelle im Allgemeinen schneller ist als die entlang der durch die zweifach punktierten Linien 70 und 71 dargestellten Wege gesendeten und empfangenen Wellen. Aus diesem Grund wird das Echo der schneller übertragenen Oberflächenwelle erfasst, bevor die entlang des in 11 durch die zweifach punktierte Linie 71 dargestellten Weges 71 übertragene Welle empfangen wird und die empfangene Welle überlagern kann. Daher ist es schwierig, einen genauen Wert für die Messzeitlänge zu erhalten.
In dem Dokument US-A 4 528 652 wird eine Positionserkennungseinheit beschrieben, welche zur Erkennung der Position eines Objektes eine Ultraschallwelle verwendet. In diesem Dokument wird ferner ein Schwingungsdämpfungsglied beschrieben, das in der Nähe des Ultraschallsensors der Positionserkennungseinheit angebracht ist.
Eine andere Positionserkennungseinheit wird im Dokument US-A-4 437 032 beschrieben. Auch diese Positionserkennungseinheit verwendet zur Erkennung eines Objektes eine Ultraschallwelle. Um einen schmaleren Strahl zu erhalten, wird in der Nähe des Ultraschallsensors ein Dämpfungsmaterial angebracht.
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Hydraulikzylinder mit einer Positionserkennungseinheit und ein Flurförderfahrzeug bereitstellen, das mit dem Hydraulikzylinder ausgestattet ist, welcher eine genaue Messzeitlänge durch Verringerung eines Echos ermitteln kann, das die direkt gesendeten und empfangenen Wellen überlagern kann.
Ein Hydraulikzylinder mit einer Positionserkennungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Hydraulikzylinder-Positionserkennungseinheit zum Erkennen einer Position eines Kolbens mit Hilfe einer Ultraschallwelle auf, wobei der Kolben in einem Zylinder bewegt werden kann, die Erkennungseinheit einen im Zylinder angebrachten Ultraschallsensor beinhaltet, der die Ultraschallwelle zum Kolben sendet und die vom Kolben reflektierte Ultraschallwelle empfängt, und ferner ein Schwingungsdämpfungsglied zum Unterdrücken einer Schwingung, die durch eine indirekt zwischen dem Ultraschallsensor und dem Kolben übertragene Ultraschallwelle verursacht wird.
Die in den Ansprüchen verwendeten Begriffe und die detaillierte Beschreibung der Erfindung sind wie folgt zu verstehen:

(1) Der „Kolben" beinhaltet nicht nur einen Typ, bei welchem ein bewegliches Bauteil in einem Zylinder gleitet (einen so genannten Kolbenzylinder), sondern auch einen Typ, bei welchem zwischen dem beweglichen Bauteil und einer Innenfläche eines Zylinders ein Zwischenraum gebildet ist, zum Beispiel einen Stempel (hervorstehende Stange) eines Stempelzylinders.
(2) Der Begriff „indirekt" betrifft ein Medium, das nicht mit einem Kraftübertragungsmedium (zum Beispiel einem Hydrauliköl) eines Zylinders während der Betätigung identisch ist, in welchem eine von einem Ultraschallsensor erzeugte und gesendete Welle von einem Kolben reflektiert und durch den Ultraschallsensor empfangen wird. Beispielsweise erfasst die Definition „indirekt" die Übertragung entlang des durch die zweifach punktierten Linien 72 und 73 im herkömmlichen Hubzylinder von 10 dargestellten Weges, da die gesendeten und die empfangenen Wellen die Innenwandfläche des Zylinders als Übertragungsmedium nutzen. Im Gegensatz hierzu ist die Übertragung entlang der durch die zweifach punktierten Linien 70 und 71 dargestellten Wege als „direkt" definiert und fällt nicht unter die Definition „indirekt". Die Erkennung der gesendeten und empfangenen Wellen, die entlang des als „direkt" definierten Weges übertragen werden, ermöglicht die Ermittlung einer genauen Messzeitlänge.
(3) Der Begriff „Schwingungsdämpfungsglied" trifft so lange zu, wie dieses Bauteil eine durch eine Ultraschallwelle verursache Schwingung unterdrückt (d.h., so lange es eine starke Dämpfungs- oder Absorptionswirkung aufweist); es beinhaltet nicht nur Kunststoffteile (zum Beispiel aus Polyphenylensulfid; PPS), sondern auch Bauteile aus unterschiedlichen Materialien (zum Beispiel aus glasfaserverstärktem Kunststoffmaterial).
(4) Der Begriff „rillenförmiger Teil" trifft so lange zu, wie das Bauteil einen ausgesparten oder einen hervorstehenden Teil aufweist, und beinhaltet diverse von einer ebenen Oberfläche abweichende Aussparungen oder Vorsprünge. Unter den Begriff „rillenförmiger Teil" fallen zum Beispiel nicht nur lineare, spiralförmige und kreisförmige Aussparungen, sondern auch hervorstehende Formen oder Ähnliches.
(5) Unter dem „Flurförderfahrzeug" ist ein Fahrzeug zu verstehen, das mit einem Hydraulikzylinder sowie mit einem Bauteil ausgestattet ist, welches durch den Hydraulikzy linder in Bewegung versetzt wird, also nicht nur ein Gabelstapler, sondern auch ein Regalförderfahrzeug, ein Betonpumpfahrzeug, ein Löffelbagger, ein Kippfahrzeug usw.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Seitenansicht eines Gabelstaplers, in welchem ein Hydraulikzylinder mit einer Positionserkennungseinheit gemäß einer ersten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
2 ist eine Ansicht, welche die Hydraulikzylinder-Positionserkennungseinheit zeigt.
3 ist eine vergrößerte Längsschnittansicht, welche einen in 2 dargestellten Ultraschallsensor und dessen nähere Umgebung zeigt.
4 ist eine vergrößerte Längsschnittansicht, welche eine zweite Ausführungsart eines Ultraschallsensors und dessen nähere Umgebung zeigt.
5 ist eine vergrößerte Längsschnittansicht, welche eine dritte Ausführungsart eines Ultraschallsensors und dessen nähere Umgebung zeigt.
6 ist eine vergrößerte Längsschnittansicht, welche eine Variante eines Abdeckbauteils einer vierten Ausführungsart zeigt.
7 ist eine vergrößerte Längsschnittansicht, welche eine andere Variante des Abdeckbauteils der vierten Ausführungsart zeigt.
8 ist eine vergrößerte Längsschnittansicht, welche ferner eine weitere Variante des Abdeckbauteils der vierten Ausführungsart zeigt.
9 ist eine vergrößerte Längsschnittansicht, welche noch eine weitere Variante des Abdeckbauteils der vierten Ausführungsart zeigt.
10 ist eine Ansicht, welche eine herkömmliche Positionserkennungseinheit für einen Hydraulikzylinder zeigt; und
11 ist eine Ansicht, welche ein Beispiel für Wellenformen einer gesendeten und einer empfangenen Welle zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSARTEN
Im Folgenden werden Ausführungsarten beschrieben, bei denen ein Hubzylinder eines Gabelstaplers mit einem Hydraulikzylinder mit einer Positionserkennungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.
Ausführungsart 1
Zuerst wird unter Bezug auf die 1 bis 3 eine erste Ausführungsart beschrieben.
1 zeigt ein Hubgerüst 3, das an einem Vorderteil eines Fahrzeugkörpers 2 eines Flurförderfahrzeugs, in diesem Fall eines Gabelstaplers 1, angebracht ist. Das Hubgerüst 3 besteht aus einer Außensäule 3a und einer Innensäule 3b, welche so an einer Innenseite der Außensäule 3a angebracht ist, dass sie nach oben und nach unten bewegt werden kann. An einer Innenseite der Innensäule 3b ist ein Hubschlitten 4 mit einer Gabel 4a angebracht, der nach oben und nach unten bewegt werden kann.
Hinter dem Hubgerüst 3 befindet sich ein Hubzylinder bzw. Hydraulikzylinder 10. Das äußere Ende einer Kolbenstange 11 ist mit einem oberen Teil der Innensäule 3b verbunden. Am oberen Teil der Innensäule 3b ist ein (nicht gezeigtes) Kettenrad drehbar angebracht. Über das Kettenrad hängt eine (nicht gezeigte) Kette, deren erstes Ende mit einem Hubschlitten 4 und deren zweites Ende mit dem oberen Teil des Hubzylinders verbunden ist. Durch Betätigung eines Ladehebels 7 in einer Fahrerkabine R wird der Hubzylinder 10 aus- und eingefahren, sodass sich die Gabel 4a zusammen mit dem Hubschlitten 4 entlang dem Hubgerüst 3 nach oben oder nach unten bewegt. Als Hubzylinder 10 dient ein Hydraulikzylinder, der als Kraftübertragungsmedium ein Hydrauliköl verwendet.
Als Nächstes wird unter Bezug auf die 2 und 3 die Anordnung des Hubzylinders 10 beschrieben.
2 zeigt einen einfach wirkenden Kolbenzylinder, der als Hubzylinder 10 dient. Der Hubzylinder 10 beinhaltet einen zylindrischen Zylindermantel 12, einen Zylinderblock 13, eine Kolbenstangenabdeckung 14, eine Kolbenstange 11, einen zusammen mit der Kolbenstange 11 verschiebbaren Kolben 15 usw. Der Hubzylinder 10 ist so am Gabelstapler 1 angebracht, dass sich der Zylinderblock 13 an der Unterseite befindet. Die Kolbenstange 11 steckt innerhalb des Zylindermantels 12, und an deren Eingangsöffnung ist ein Dichtungsbauteil 16 angebracht. Zwischen der äußeren Umfangsfläche des Zylindermantels 12 und der inneren Fläche der Kolbenstangenabdeckung 14 ist ein O-Ring eingesetzt.
Im Zylindermantel 12 ist eine Auslassöffnung 18 gebildet. An der Auslassöffnung 18 ist eine Abflussleitung 19 derart angebracht, dass die durch den Kolben 15 komprimierte Luft durch die Abflussleitung 19 abgeleitet wird, wenn sich die Kolbenstange 11 nach oben bewegt.
An einer Innenwand des Zylindermantels 12 ist ein Schwingungsdämpfungsglied 40 angebracht. Das Schwingungsdämpfungsglied 40 weist eine zylindrische Form (mit einem Innendurchmesser d1 und einer Dicke t1) auf, und entlang einer inneren Umfangsfläche des Zylindermantels 12 ist eine äußere Umfangsfläche 40a des Schwingungsdämpfungsglieds 40 gebildet. Das Schwingungsdämpfungsglied 40 ist durch Beschichtung mit einem Kunststoff gebildet, der Ultraschallwellen stark dämpft (zum Beispiel Polyphenylensulfid; PPS). Es reicht aus, die Beschichtung nur auf einem Teil des Umfangs anzubringen, aber die Dämpfungswirkung ist umso stärker, je größer die beschichtete Fläche ist.
Das Schwingungsdämpfungsglied 40 kann ferner so gebildet werden, dass ein zylindrisches Bauteil mit starker Ultraschalldämpfung (zum Beispiel ein Kunststoffrohr) in den Zylindermantel 12 gesteckt wird. Die Dicke t1 des Schwingungsdämpfungsglieds 40 unterliegt keiner Beschränkung. Wenn jedoch ein Zylindermantel verwendet wird, in dem der Kolben nicht gleitet (so genannter Stempelzylinder), kann die Dicke t1 des Schwingungsdämpfungsglieds 40 erhöht werden, um eine stärkere Dämpfung zu erzielen.
Im Zylinderblock 13 ist eine Kammer 31 gebildet, welche einen Ultraschallsensor 20 aufnimmt. Ferner ist im Zylinderblock 13 eine Öffnung 32 gebildet, durch welche Hydrauliköl zum Hubzylinder 10 zugeführt oder wieder abgeführt wird. Die Öffnung 32 ist über eine Leitung mit einem Steuerventil 33 und weiter über eine Leitung und eine Ölpumpe 34 mit einem Öltank 35 verbunden. In der Kammer 31 ist ein Temperatursensor 36 zum Ermitteln einer Temperatur des Hydrauliköls angebracht. Das Hydrauliköl ist in den Zylindermantel 12 gefüllt und dient als Kraftübertragungsmedium für die Kolbenstange 11.
Der Ultraschallsensor 20 ist so am Zylinderblock 13 befestigt, dass eine Sendeseite des Sensors der Bodenfläche 15a des Kolbens 15 gegenüber liegt. Der Ultraschallsensor 20 beinhaltet ein Schwingungselement 21, ein Abdeckbauteil 23 zum Abdecken des Schwingungselements 21 und ein Gehäusebauteil 22, welches das Schwingungselement 21 durch das Abdeckbauteil 23 hindurch haltert. Das Schwingungselement 21 ist mit einer Unterlage 24 zum Absorbieren einer an seiner Rückseite erzeugten Schwingung ausgestattet. Der Ultraschallsensor 20 ist so ausgelegt, dass ein einziger Sensor in der Lage ist, die Ultraschallwelle sowohl zu senden als auch zu empfangen.
Das Abdeckbauteil 23 weist einen plattenförmigen Bodenteil und einen zylindrischen Seitenteil auf, der sich von der Außenkante des Bodenteils aus erstreckt, und besteht im Allgemeinen aus einem Metall wie beispielsweise Aluminium oder Ähnlichem, um das Schwingungselement 21 zu schützen. Das Abdeckbauteil 23 an sich kann jedoch aus einem Ultraschall dämpfenden Material (zum Beispiel aus glasfaserverstärktem Kunststoff) bestehen, um als Schwingungsdämpfungsglied zu dienen. In diesem Fall kann die vom Abdeckbauteil 23 übertragene Schwingung gedämpft werden, sodass das Entstehen eines Echos unterdrückt wird.
Der Ultraschallsensor 20 ist über eine Leitung 39a mit einer Sende-/Empfangsschaltung 37 elektrisch verbunden. Die Sende-/Empfangsschaltung 37 ist mit einem (nicht gezeigten) Ultraschalloszillator ausgestattet, welcher als Reaktion auf ein Steuersignal von der Steuereinheit 38 ein Ultraschallsignal einer bestimmten Frequenz zum Ultraschallsensor 20 sendet (ausgibt). Die Sende-/Empfangsschaltung 37 weist einen Verstärker und einen Detektor (beide nicht dargestellt) auf, sodass ein vom Ultraschallsensor 20 ausgegebenes analoges Signal verstärkt und in ein Impulssignal umgewandelt wird, das zur Steuereinheit 38 gesendet wird. Die vom Ultraschalloszillator ausgegebene Frequenz wird in Abhängigkeit von der Art des Hydrauliköls, der Art des Ultraschallsensors 20 oder Ähnlichem gewählt; sie kann zum Beispiel Werte zwischen etwa 0,1 und 5 MHz aufweisen.
Bei der ersten Ausführungsart bilden die Sende-/Empfangsschaltung 37, die Steuereinheit 38 usw. zusammen mit dem Ultraschallsensor 20 und dem Schwingungsdämpfungsglied 40 eine Positionserkennungseinheit für den Hydraulikzylinder der vorliegenden Erfindung.
Die Positionserkennungseinheit für den in der oben beschriebenen Weise aufgebauten Hydraulikzylinder kann die Schwingung der indirekt über die innere Wandfläche des Zylindermantels 12 übertragene Oberflächenwelle mittels des Schwingungsdämpfungsglieds 40 an der inneren Wandfläche des Zylindermantels 12 dämpfen oder absorbieren.
Zum Beispiel kann eine Schwingung absorbiert werden, die von der Oberfläche des Schwingungselements 21 über das Abdeckbauteil 23, das Gehäusebauteil 22 und den Zylinderblock 13 zum Zylindermantel 12 übertragen wurde.
Demzufolge können das Entstehen eines Echos, das die direkt gesendeten und empfangenen Wellen stören kann, verringert und eine genaue Messung der Messzeitlänge ermöglicht werden.
Ausführungsart 2
Als Nächstes wird unter Bezug auf 4 eine zweite Ausführungsart eines Hydraulikzylinders mit einer Positionserkennungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
In 4 werden die bereits in 3 gezeigten Elemente mit denselben Bezugsnummern bezeichnet. Ebenso gleichen die Anordnung oder Ähnliches bis auf einen Ultraschallsensor 120 der ersten Ausführungsart, sodass zur vereinfachten Darstellung nur die Unterschiede der zweiten gegenüber der ersten Ausführungsart beschrieben werden.
4 zeigt ein Schwingungsdämpfungsglied 41, das zwischen eine obere Fläche 122a eines Gehäusebauteils 122 und eine untere Fläche 123c eines Abdeckbauteils 123 eingefügt ist. Das Schwingungsdämpfungsglied 41 ist aus einer Gummiplatte gebildet, welche eine starke Ultraschalldämpfung aufweist (zum Beispiel eine Gummiplatte mit einem eingemischten Bleipulver). Aus diesem Grund wird die Schwingung des Abdeckbauteils 123 nicht zur Seite hin auf das Gehäusebauteil 122 übertragen.
Bei der zweiten Ausführungsart bilden die Sende-/Empfangsschaltung 37, die Steuereinheit 38 usw. zusammen mit dem Ultraschallsensor 120 und dem Schwingungsdämpfungsglied 41 die Positionserkennungseinheit für den Hydraulikzylinder der vorliegenden Erfindung.
Die in der oben beschriebenen Weise aufgebaute Positionserkennungseinheit für den Hydraulikzylinder kann die indirekt zwischen dem Abdeckbauteil 123, dem Gehäusebauteil 122, dem Zylinderblock 13 und dem Zylindermantel 12 übertragene Schwingung verringern.
Aus diesem Grund kann das Entstehen des Echos, welches die direkt übertragenen und empfangenen Wellen stören kann, verringert und somit eine genaue Messung der Messzeitlänge ermöglicht werden.
Ausführungsart 3
Im Folgenden wird unter Bezug auf 5 ähnlich wie die erste Ausführungsart eine dritte Ausführungsart beschrieben.
In 5 werden die bereits in 3 dargestellten Elemente mit denselben Bezugsnummern bezeichnet. Ferner gleichen die Anordnung oder Ähnliches bis auf einen Ultraschallsensor 220 der ersten Ausführungsart, sodass zur vereinfachten Darstellung nur die Unterschiede der dritten gegenüber der ersten Ausführungsart beschrieben werden.
5 zeigt ein Schwingungsdämpfungsglied 42, das an einem äußeren Umfangsteil eines Abdeckbauteils 223 angebracht ist. Das Schwingungsdämpfungsglied 42 weist eine zylindrische Form (mit einem Innendurchmesser d2 und einer Dicke t2) auf, und der Innendurchmesser d2 des Schwingungsdämpfungsgliedes 42 entspricht einem Außendurchmesser des Abdeckbauteils 223. Das Schwingungsdämpfungsglied 42 ist so geformt, dass es dieselbe Höhe wie das Abdeckbauteil 223 aufweist. Deshalb befindet sich die Fläche des oberen Endes 42a des Schwingungsdämpfungsgliedes 42 in derselben Ebene wie die obere Fläche 223a des Abdeckbauteils 223. Ein Abstand zwischen dem Abdeckbauteil 223 und dem Schwingungsdämpfungsglied 42 ist durch ein Dichtungsmaterial oder Ähnliches ausgefüllt, damit kein Hydrauliköl eindringen und die Ultraschalldämpfung verschlechtern kann. Das Schwingungsdämpfungsglied 42 besteht aus einer Gummiplatte mit einer starken Ultraschalldämpfung (zum Beispiel einer Gummiplatte mit eingemischtem Bleipulver). Das Schwingungsdämpfungsglied 42 kann durch Beschichtung einer Seitenfläche 223b (einer von der oberen Fläche 223a verschiedenen Fläche) des Abdeckbauteils 223 mit einem beliebigen Material mit starker Dämpfungswirkung gebildet werden.
Bei der dritten Ausführungsart bilden die Sende-/Empfangsschaltung 37, die Steuerschaltung 38 usw. zusammen mit dem Ultraschallsensor 220 und dem Schwingungsdämpfungsglied 42 die Positionserkennungseinheit für den Hydraulikzylinder der vorliegenden Erfindung.
Die in der oben beschriebenen Weise aufgebaute Positionserkennungseinheit für den Hydraulikzylinder kann mittels des Schwingungsdämpfungsgliedes 42 an der Seitenfläche 223b des Abdeckbauteils 223 die zwischen der Seitenfläche 223b des Abdeckbauteils 223 und der Bodenfläche 15a des Kolbens 15 übertragene indirekte Schwingung, zum Beispiel die von der Seitenfläche 223b des Abdeckbauteils 223 zum Gehäusebauteil 222 übertragene, absorbieren oder dämpfen.
Dadurch können das Entstehen des Echos, welches die direkt gesendeten und empfangenen Wellen stören kann, verringert und die genaue Messung der Messzeitlänge ermöglicht werden.
Durch die zweifach punktierte Linie 42b in 5 wird angezeigt, dass das obere Ende 42a des Schwingungsdämpfungsgliedes 42 in Richtung des Kolbens über die obere Fläche 223a des Abdeckbauteils 223 hinaus verlängert werden kann. wenn der über die obere Fläche 223a des Abdeckbauteils 223 ragende Teil 42b höher wird, werden die gesendeten und empfangenen Wellen stärker gerichtet.
Im Folgenden wird unter Bezug auf die 6 bis 9 eine vierte Ausführungsart beschrieben. Die vierte Ausführungsart unterscheidet sich durch die Form des Abdeckbauteils von der ersten Ausführungsart.
In den 6 bis 9 werden die bereits in 3 dargestellten Elemente mit denselben Bezugsnummern bezeichnet. Ferner gleichen die Anordnung oder Ähnliches bis auf einen Ultraschallsensor der ersten Ausführungsart, sodass zur vereinfachten Darstellung nur die Unterschiede der vierten gegenüber der ersten Ausführungsart beschrieben werden.
6 zeigt, dass eine obere Fläche 323a eines Abdeckbauteils 323 mit einem rillenförmigen Teil 43 in Form eines Ringes versehen ist. Der rillenförmige Teil 43 ist so gebildet, dass er der Lage des Schwingungselements 21 und seine Größe (ein Außendurchmesser des ringförmigen Teils) einem Außendurchmesser des Schwingungselements 21 entspricht.
An der oberen Fläche 323a des Abdeckbauteils 323 kann eine Vielzahl rillenförmiger Teile 43 und ferner eine Vielzahl rillenförmiger Teile 43 mit unterschiedlicher Größe (mit unterschiedlichen Durchmessern der ringförmigen Teile) gebildet werden.
Als Variante des in 6 gezeigten Abdeckbauteils 323 zeigt 7 ein Abdeckbauteil 423 mit einer oberen Fläche 423a, auf welcher ein rillenförmiger Teil 44 in Form einer kreisförmigen Aussparung angebracht ist. Der rillenförmige Teil 44 ist so gebildet, dass er der Lage des Schwingungselements 21 und seine Größe (ein Außendurchmesser des kreisförmigen Teils) einem Außendurchmesser des Schwingungselements 21 entspricht.
Als Variante des in 6 gezeigten Abdeckbauteils 323 zeigt 8 ein Abdeckbauteil 523 mit einer Seitenfläche 523b, an welcher ein rillenförmiger Teil 45 in Form eines Ringes angebracht ist.
An der Seitenfläche 523b des Abdeckbauteils 523 kann eine Vielzahl ringförmiger rillenförmiger Teile 45 angebracht werden.
Als Variante des in 8 gezeigten Abdeckbauteils 523 zeigt 9 ein Abdeckbauteil 623 mit einer Seitenfläche 623b, an welcher ein rillenförmiger Teil 46 in Spiralform angebracht ist.
Jede der gemäß den 6 bis 9 aufgebauten Positionserkennungseinheiten kann mit Hilfe des rillenförmigen Teils 43, 44, 45 oder 46 auf der oberen Fläche des Abdeckbauteils 323, 423, 523 oder 623 oder an seiner Seitenfläche die Schwingung der Ultraschallwelle unterdrücken, die zwischen dem Abdeckbauteil 323, 423, 523 oder 623, dem Gehäusebauteil 22, dem Zylinderblock 13 und dem Zylindermantel 12 indirekt übertragen wird. Zum Beispiel kann die Schwingung gedämpft oder absorbiert werden, die vom Schwingungselement 21 zur oberen Fläche des Abdeckbauteils 323, 423, 523 oder 623 übertragen wurde und die möglicherweise in Richtung ihrer Seitenfläche übertragen wird.
Dadurch können das Entstehen des Echos, welches die direkt gesendete und empfangene Welle stören kann, verringert und somit die genaue Messung der Messzeitlänge ermöglicht werden.
Darüber hinaus soll die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsarten beschränkt werden, da verschiedene Varianten und Anwendungen denkbar sind.
Die erste bis vierte Ausführungsart sind so beschrieben worden, dass die Schwingungsdämpfungsglieder 40 bis 42 und die rillenförmigen Teile 43 bis 46 für sich getrennt betrachtet wurden, aber die Schwingungsdämpfungsglieder 40 bis 42 und die rillenförmigen Teile 43 bis 46 können auch zusammen verwendet werden. Bei gemeinsamer Verwendung aller Ausführungsarten kann das Entstehen des Echos wahrscheinlich am wirkungsvollsten verringert und die Messzeitlänge genauer gemessen werden.
Das Schwingungsdämpfungsglied kann an einer beliebigen Stelle zwischen dem Ultraschallsensor 20 und dem Kolben 15 angebracht werden. Ferner können die in den 6 bis 9 dargestellten rillenförmigen Teile 43 bis 46 zum Beispiel an der inneren Wandfläche des Zylindermantels 12 angebracht werden. Durch das Bilden des rillenförmigen Teils an der inneren Wandfläche des Zylindermantels 12 kann die Schwingung der über die innere Wandfläche des Zylindermantels 12 übertragenen Oberflächenwelle gedämpft oder absorbiert werden.
Das Material und die Form der Schwingungsdämpfungsglieder 40 bis 42 oder die Form oder Ähnliches der rillenförmigen Teile 43 bis 46 können je nach Bedarf auf verschiedene Weise geändert werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezug auf einen Fall beschrieben wurde, bei dem als Hydraulikzylinder der Hubzylinder 10 mit Hydrauliköl verwendet wird, können bei der vorliegenden Erfindung andere Hydraulikzylinder verwendet werden, die sich unterschiedlicher Kraftübertragungsmedien bedienen. Zum Beispiel kann bei der vorliegenden Erfindung ein Luftzylinder eingesetzt werden, der mit Luft arbeitet.
Der als einfach wirkender Zylinder konstruierte Hubzylinder kann stattdessen auch als mehrfach wirkender Zylinder ausgeführt werden. Bei der vorliegenden Erfindung kann nicht nur der Hubzylinder 10 des Gabelstaplers 1, sondern auch ein schräg wirkender Zylinder, ein seitlich wirkender Zylinder oder ein Zylinder für eine Servolenkung eingesetzt werden.
Bei der vorliegenden Erfindung kann anstelle eines Kolbenzylinders auch ein Stempelzylinder verwendet werden.
Obwohl der Ultraschallsensor 20 als Einzelbauelement zum Senden und Empfangen der Ultraschallwelle ausgeführt ist, kann der Ultraschallsensor auch aus einem Senderbauelement und einem Empfängerbauelement bestehen, die getrennt voneinander gebildet sind.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezug auf den Hubzylinder 10 des Gabelstaplers 1 beschrieben wurde, kann die vorliegende Erfindung außer auf den Gabelstapler auch auf ein Regalförderfahrzeug, ein Betonpumpfahrzeug, einen Löffelbagger, ein Kippfahrzeug usw. mit einem Zylinder angewendet werden.
Oben wurde beschrieben, dass die vorliegende Erfindung den Hydraulikzylinder mit einer Positionserkennungseinheit und das Flurförderfahrzeug mit dem Hydraulikzylinder realisieren kann, bei welchem die genaue Messzeitlänge durch Verringerung des Entstehens des Echos ermittelt werden kann, welches die direkt gesendeten und empfangenen Wellen stören kann.

Claims

Hydraulischer Zylinder mit einer Positionserkennungseinheit zum Erkennen einer Position eines Kolbens (15) durch eine Ultraschallwelle, wobei der Kolben (15) in einem Zylinder (10) bewegt werden kann und die Positionserkennungseinheit Folgendes umfasst: einen im Zylinder (10) angebrachten Ultraschallsensor (20) zum Senden der Ultraschallwelle in Richtung des Kolbens (15) und zum Empfangen der vom Kolben (15) reflektierten Ultraschallwelle; gekennzeichnet durch ein Schwingungsdämpfungsglied (40; 41; 42) zum Unterdrücken einer durch eine indirekt zwischen dem Ultraschallsensor (20) und dem Kolben (15) übertragene Ultraschallwelle erzeugten Schwingung.
Hydraulischer Zylinder mit einer Positionserkennungseinheit nach Anspruch 1, wobei das Schwingungsdämpfungsglied (40) an einer inneren Wandfläche des Zylinders (10) angebracht ist.
Hydraulischer Zylinder mit einer Positionserkennungseinheit nach Anspruch 1, wobei der Ultraschallsensor (20) Folgendes umfasst: ein am Zylinder (10) angebrachtes Gehäusebauteil (22; 122; 222); ein am Gehäusebauteil angebrachtes Abdeckbauteil (23; 123; 223; 323; 423; 523; 623) zum Definieren eines abgeschlossenen Volumens zwischen dem Abdeckbauteil und dem Gehäusebauteil, wobei das Abdeckbauteil einen Bodenteil und einen Seitenteil aufweist und der Bodenteil dem Kolben (15) gegenüber liegt; und ein im Innern des abgeschlossenen Volumens an einer Innenfläche des Bodenteils des Abdeckbauteils befestigtes Schwingungselement (21).
Hydraulischer Zylinder mit einer Positionserkennungseinheit nach Anspruch 3, wobei das Schwingungsdämpfungsglied (41) zwischen dem Abdeckbauteil (123) und dem Gehäusebauteil (122) angebracht ist.
Hydraulischer Zylinder mit einer Positionserkennungseinheit nach Anspruch 3, wobei das Schwingungsdämpfungsbauteil (42) an einer Außenfläche des Seitenteils der Abdeckbauteils (223) angebracht ist.
Hydraulischer Zylinder mit einer Positionserkennungseinheit nach Anspruch 3, wobei das Abdeckbauteil (323; 423; 523; 623) an seiner Außenfläche einen rillenförmigen Teil zum Unterdrücken der zwischen dem Ultraschallsensor (20) und dem Kolben (15) indirekt übertragenen Schwingung beinhaltet.
Hydraulischer Zylinder mit einer Positionserkennungseinheit nach Anspruch 6, wobei der rillenförmige Teil (43) eine Ringform aufweist und an einer Außenfläche des Bodenteils des Abdeckbauteils (323) gebildet ist.
Hydraulischer Zylinder mit einer Positionserkennungseinheit nach Anspruch 6, wobei der rillenförmige Teil (44) eine kreisförmige Aussparung ist, die an einer Außenfläche des Bodenteils des Abdeckbauteils (423) gebildet ist.
Hydraulischer Zylinder mit einer Positionserkennungseinheit nach Anspruch 6, wobei der rillenförmige Teil (45) eine Ringform aufweist, die an einer Außenfläche des Seitenteils des Abdeckbauteils (523) angebracht ist.
Hydraulischer Zylinder mit einer Positionserkennungseinheit nach Anspruch 6, wobei der rillenförmige Teil (46) eine Spiralform aufweist, die an einer Außenfläche des Seitenteils des Abdeckbauteils (623) angebracht ist.
Hydraulischer Zylinder mit einer Positionserkennungseinheit nach Anspruch 3, wobei das Abdeckbauteil (23; 123; 223; 323; 423; 523; 623) aus einem Material mit schwingungsdämpfender Wirkung besteht.
Flurförderfahrzeug, das mit dem hydraulischen Zylinder nach Anspruch 1 ausgestattet ist.