DK150225B

DK150225B - Hydraulisk cylinder indrettet til at optage mindst en elektrisk positionsgiver

Info

Publication number: DK150225B
Application number: DK269584A
Authority: DK
Inventors: Niels Hvilsted; Kaj Pedersen
Original assignee: Niels Hvilsted; Kaj Pedersen; Arildsen Otto
Priority date: 1984-05-30
Filing date: 1984-05-30
Publication date: 1987-01-12
Also published as: FI872863A0; GB8712300D0; GB2189549A; FI872863A7; WO1987002744A1; SE454289B; US4899643A; SE8702657D0; DE3590871T1; DK269584A; NO872488D0; DK269584D0; GB2189549B; NO872488L; SE8702657L; CH666329A5; JPS63501165A; DK150225C

Description

o i 150225

Opfindelsen angår en hydraulisk cylinder med stempel, der helt eller delvis indeholder elektrisk ledende materiale, hvilken cylinder er indrettet med mindst én gennemgående åbning til at optage en elektrisk positionsgiver.

5

Der kendes flere typer af hydrauliske cylindre af denne art, som er indrettet med berøringsfrie elektriske positionsgivere til fjernvisning af stemplets endestillinger. Til opnåelse af bercringsfri kontaktdannelse anbringes ofte magne-10 tisk betjente kontakter uden på cylinderen, idet stemplet da skal bestå af permanent magnetisk materiale for at aktivere kontakterne. I dette tilfaside er det dog en forudsætning, at selve cylinderen består af ikke—ferromagnetisk materiale, som har den ulempe, at det ikke kan tåle særligt høje arbejds-15 tryk, hvis cylinderen skal fremstilles til en rimelig pris.

Desuden er disse kontakter dyre i anskaffelse og svigter ofte under drift. Systemet anvendes derfor kun til hydrauliske cylindre, der har et væsentligt lavere arbejdstryk end de normale 200 - 300 bar.

20

Fra US patentskrift nr. 3.453.937 kendes en.hydraulisk cylinder af denne art, og hvor der i cylinderens hus er tildannet en boring til optagelse af en induktiv føler. Boringen er aflukket ind mod cylinderens indre ved, at der tilbagestår en del 25 af cylinderens væg. Derved skal cylinderens hus bestå af ikke magnetiserbart materiale, fortrinsvis aluminium, for at der fra den induktive føler kan udsendes et magnetisk felt gennem den tilbagestående del af cylinderens væg. Ved anvendelse af aluminium må cylinderens hus fremstilles med store dimen-30 sioner for at kunne holde til de normale høje arbejdstryk for den hydrauliske cylinder. Denne hydrauliske cylinder bliver derfor meget kostbar at fremstille og desuden kan der slet ikke måles med en lille induktiv føler gennem den krævede tykkelse af den tilbagestående del af cylinderens væg.

35

Til indbygning i trykbeholdere findes dog induktive følere, som kan tåle tryk op til ca. 600 bar. Disse er imidlertid meget dyre i anskaffelse i forhold til almindelige elektriske positionsgivere, og de er så store (diameter mellem 12 og 16 mm), at de udelukkende kan monteres i meget store hydraulik- 150225 2 o cylindre. En induktiv føler af denne art indrettet til overvågning af cylinderforinger, stempler og stempelringe i forbrændingsmotorer· kendes fra dansk fremlæggelsesskrift nr.

146.422. Denne induktive føler er indsat i et hylster med 5 en bund. Det er dog krævet at bunden har en tykkelse på mellem 5 og 7 mm, og gennem en sådan tykkelse vil der aldrig kunne måles med en lille induktiv føler.

1 de hyppigst anvendte hydraulikcylindre, der har en diameter 10 på ca. 25 - 125 mm, kan der monteres induktive følere med en diameter på ca. 4 mm. Disse små induktive følere kan dog kun tåle et arbejdstryk på op til ca. 70 bar, hvilket er u-tilstrækkeligt, idet der ved en anvendelse af det normale arbejdstryk på 200 - 300 bar kræves, at føleren kan tåle tryk-15 spidser på op til 600 - 800 bar. Det er derfor en stor ulempe, at det hidtil ikke har været muligt at tilvejebringe hydrauliske cylindre (specielt med diametre mellem 25 og 125 mm) og indbyggede elektriske positionsgivere til en rimelig pris, og som kan tåle de normale arbejdstryk.

20

Formålet med opfindelsen er at anvise en hydraulisk cylinder af den indledningsvis nævnte art, som er indrettet til at optage mindst én elektrisk positionsgiver, således at cylinderen kan modstå de for hydrauliske cylindre normalt fore-25 kommende arbejdstryk, og som også kan modstå specielt høje spidsværdier i arbejdstrykket.

Hydraulikcylinderen ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at åbningen er væske- og tryktæt aflukket ind mod cylinderens 30 indre ved hjælp af et i hovedsagen pladeformet legeme, som er fastgjort på cylinderens indvendige overflade, og som lader sig gennemløbe af et magnetfelt. Herved opnås, at der tilvejebringes en hydraulisk cylinder,hvori der kan indbygges elektriske positionsgivere til bestemmelse af stempelpositio-35 ner, og som kan modstå de for hydrauliske cylindre normale arbejdstryk uden at de elektriske positionsgivere, som oftest vil være induktive følere, påvirkes af cylinderens arbejdstryk. Dette muliggøres især for hydrauliske cylindre

O

3 150225 med diametre mellem ca. 25 og 125 mm, idet de elektriske positionsgivere da må være små for at kunne indbygges i huse eller endedæksler af disse hydrauliske cylindre - fremstillet med dimensioner efter visse standarder - uden at husene eller 5 endedækslerne svækkes.

Sådanne små elektriske positionsgivere udsender et magnetfelt med lille udbredelse, og ved at aflukke den gennemgående åbning ved hjælp af det pladeformede legeme ifølge opfindelsen, kan 10 dette pladeformede legeme, uafhængigt af det materiale cylinderens hus eller endedæksler er fremstillet af, netop fremstilles tilstrækkelig tyndt (ca. 0,5 mm) til at et sådant lille magnetfelt kan strække sig gennem legemet og ind i cylinderens indre, og samtidigt tilstrækkeligt stærkt til, at det kan modis stå de høje arbejdstryk i cylinderen.

Idet den hydrauliske cylinders stempel nærmer sig positionsgiveren, vil stemplet gennembryde det fra positionsgiveren udsendte magnetfelt, dvs. at stemplet kommer inden for den 20 induktive følers tasteafstand, og derved vil der fra føleren udsendes et ændret signal til angivelse af, at stemplet nu har indtaget den pågældende position.

Ifølge opfindelsen kan det pladeformede legeme bestå af et 25 keramisk materiale, der fortrinsvis er steatit. Dette medfører, at legemet kan tåle meget høje spidsværdier i arbejds-t rykket .·

Desuden kan ifølge opfindelsen det pladeformede legeme på 30 den mod cylinderens indre vendende overflade have en overfladebelægning, således at legemet er væsketæt over for det hydrauliske fluidum.

Ved en særlig hensigtsmæssig udførelsesform for den hydrau-35 liske cylinder ifølge opfindelsen kan det pladeformede legeme være fastgjort ved hjælp af limning eller faststøbning.

Endvidere kan ifølge opfindelsen det pladeformede legeme være cirkulært tildannet, hvorved dette er særligt nemt at frem-

O

4 150225 stille. Ved. en særlig hensigtsmæssig udførelsesform for den hydrauliske cylinder ifølge opfindelsen er det pladeformede legeme anbragt i et af cylinderens endedæksler og fortrinsvis i en udsparing i dette.

5

Yderligere kan ifølge opfindelsen mindst én af åbningerne være tildannet som et cylindrisk hul, hvorved opnås, at en særlig simpel elektrisk positionsgiver kan optages i åbningen.

10 Desuden kan ifølge opfindelsen mindst én af åbningerne være tildannet som et konisk hul, der snævrer sig ind i retning af det pladeformede legeme, hvilket medfører, at en elektrisk positionsgiver på særlig simpel måde kan monteres i åbningen.

15 Endvidere kan ifølge opfindelsen mindst én af åbningerne være tildannet som to koaksialt forløbende huller med forskellige diametre. Dette medfører, at visse elektriske positionsgivere på særlig nøjagtig måde kan optages i åbningen.

Den hydrauliske cylinder ifølge opfindelsen kan desuden være forsynet med en komprimerings- og/eller drøvleindretning, som træder i funktion, når stemplet nærmer sig endedækslet, hvorved det pladeformede legeme og positionsgiveren skånes, idet stemplet bremses meget kraftigt op, inden det berører 25 endedækslet. Desuden opnas det særligt hensigtsmæssige, at cylinderens længde ikke forøges ved denne specielle komprimerings- og/eller drøvleindretning.

Opfindelsen forklares nedenfor under henvisning til tegningen, 30 , hvor fig. 1 viser en udførelsesform for en hydraulisk cylinder ifølge opfindelsen med åbninger til optagelse af induktive følere i hvert af cylinderens endedæksler og i en forenklet 35 sammenpresset form med slaglængden nul, set i aksialt snit, fig. 2 en del af en hydraulisk cylinder med en anden udformning af åbningen til optagelse af en induktiv føler, svarende 5

1S022S

o til det med punkteret linie i fig. 1 viste område, set i en større målestok, og fig. 3 en del af en hydraulisk cylinder med en tredje udform-5 ning af åbningen til optagelse af en induktiv føler, som sammen med de magnetiske feltlinier er indtegnet med punkteret. linie, set på samme måde som i fig. 2.

Den i fig. 1 viste hydrauliske cylinder 1 har som hovedbe-10 standdele et første endedæksel 2, et andet endedæksel 3, hvorigennem en stempelstang 4 forløber, et på stempelstangen fast monteret stempel 5 og et cylinderrør 8. På enden af stempelstangen 4 og på endedækslet 2 er der indrettet fastgørelsesorganer 6 og 7 for fastgørelse af henholdsvis cylinderen 1 15 og stempelstangen 4 udadtil. Desuden er den hydrauliske cylinder 1 udstyret med ind- og udløbsporte 9, 10 til hydraulikolie. Stemplet 5 har en eller flere recesser 16, som kan optage gummiringe. Ved den på fig. 1 viste udførelsesform for den hydrauliske cylinder ifølge opfindelsen er der i hvert af 20 dennes endedæksler 2, 3 indrettet en åbning 19 henholdsvis 20, der hver kan optage en induktiv føler 21 henholdsvis 22.

Denne udførelsesform har i praksis vist sig meget anvendelig, idet det ofte er af betydning at kunne bestemme stemplets 5 endepositioner, dvs. når stemplet 5 er nær ved det ene ende-25 ' dæksel 2 henholdsvis det andet endedæksel 3. Åbningerne 19, 20 forløber fra den ydre ende af endedækslerne 2, 3 og ind mod cylinderens indre, hvor de tryk- og væsketæt er aflukket ved hjælp af pladeformede legemer 17 henholdsvis 18. De pladeformede legemer 17 og 18 er fastgjort på den indvendige over-30 flade af endedækslerne 2, 3 og er her vist forsænket i denne overflade. Åbningerne 19 og 20 er ved denne udførelsesform hver især udformet som to koaksialt og i forlængelse af hinanden forløbende huller, hvilket har vist sig praktisk ved anvendelse af visse typer af induktive følere. Idet opfindelsen 35 især angår relativt små hydrauliske cylindre med diametre mellem 25 og 125 mm, har det ved anvendelse af specielt smalle tætningsringe 11 og ved anvendelse af specielt smalle induktive følere (med en diameter på ca. 4 mm) været muligt at indrette åbningerne 19 og 20 i de smalle sider af endedæksler-

O

6 150225 ne 2 og 3 - uden at i en væsentlig grad svække styrken af endedækslerne 2, 3. Fremstillingsmæssigt er det især fordelagtigt at lade de pladeformede legemer bestå af cirkulære platter 17 og 18Ved anvendelse af de smalle induktive følere 5 er plattetykkelsen under hensyntagen til størrelsen af det af disse følere udsendte magnetfelt begrænset til at være mindre end ca. 0/5 mm. Idet platterne 17 og 18 også skal kunne gennemløbes af et magnetisk felt, er det især fordelagtigt, at disse består af et keramisk materiale, fortrinsvis stea-10 tit, som ved en plattetykkelse på-ca. 0,5 mm kan modstå spidser i arbejdstrykket på op til ca. 1000 bar.

I fig. 2 er vist en anden udformning af åbningen 19', idet denne her har .form af et konisk hul, således at andre typer 15 af følere kan optages og fastgøres i åbningen 19'. Desuden er platten 17' her vist anbragt uden på den indvendige overflade af endedækslet 2. Platten 17' kan have en overfladebelægning 23, f.eks. et hårdt laklag, således at platten 17' er fuldstændig væsketæt over for hydraulikolien.

20 I fig. 3 er vist en anden udformning af åbningen 19", idet den her er udformet som et cylindrisk hul, hvilket er meget hurtigt at fremstille. Desuden har det i praksis især vist sig fordelagtigt at anvende en cirkulær induktiv føler 21" 25 (med en diameter på ca. 4 mm), som er vist indtegnet med punkteret linie. Platten 17" er her vist forsænket i den indvendige overflade af endedækslet 2 og er vist fastgjort ved hjælp af et limlag 24, hvilket har vist sig som en stærk og sikker fastgørelsesmetode. Med stiplet linie er desuden skematisk 30 vist et magnetfelts 25 feltlinier, der spreder sig fra den induktive følers 21" ende, gennem platten 17" og et stykke ind i cylinderens 1 indre. Tykkelsen af platten 17" skal være en smule mindre end udbredelsen af dette magnetfelt, som svarer til den pågældende induktive følers 21" såkaldte tasteafstand.

35 Når stemplet 5 bryder ind i og ændrer dette magnetfelt 25, vil der fra den induktive føler 21" udsendes et ændret og positionsangivende signal. Idet de pågældende induktive følere er relativt små, som nævnt med en diameter på ca. 4 mm, 150225 7 0 har de også en meget kort tasteafstand, der normalt liggér inden for få tiendedele mm, og derfor vil der i forhold til de kendte positionsbestemmende systemer for hydrauliske cylindre opnås en uhyre nøjagtig bestemmelse af stemplets 5 5 position. I praksis inden for mindre end 1/10 mm. Det skal desuden nævnes, at den induktive føler kan fastgøres i åbningen på mange måder, f.eks. ved hjælp af limning, faststøbning eller fastklemning.

10 I fig. 1 er desuden’vist, at den hydrauliske cylinder 1 kan være udstyret med tætningsringe 12 og 13, der medfører, at der, når stemplet 5 nærmer sig, det ene eller det andet af endedækslerne 2 eller 3, skabes et lukket rum, hvor olien komprimeres. Dette kan på fordelagtig måde ske under de sidste 15 2-3 mm, før stemplet når endedækslet. Herved er der til vejebragt en næsten chokagtig opbremsning af stemplet 5, før det når et af endedækslerne 2 eller 3, og derved skånes platten 17 eller 18 og den induktive føler 19 og 20 mod tryk-og stødpåvirkninger fra stemplet 5. Når stemplet 5 er bremset 20 op, vil den komprimerede olie gennem et drøvlehul 14 eller 15 drøvles ud i ind- og udløbsporten 9 eller 10. I fig. 1 er vist cylinderens A-mål, som svarer til afstanden mellem cylinderens fastgørelsesorganer 6 og 7 (dvs. til indbygningsmålet for en cylinder med slaglængden nul). Hvis en hydrau-25 lisk cylinder på kendt måde skal have indbygget en dæmpnings-og stempelopbremsningsanordning ved hvert endedæksel, vil A-målet forøges med længden af den pågældende opbremsningsanordning, hvilket der altid må tages hensyn til ved indbygning af cylinderen. Når den hydrauliske cylinder 1 ifølge 30 opfindelsen er forsynet med de i fig. 1 viste opbremsnings- midler, vil cylinderens A-mål ikke forøges, idet disse opbremsningsmidler ikke medfører en forøget længde af cylinderen.

Dette er rent konstruktionsmæssigt en stor fordel, idet længden af cylinderen således vil være den samme med eller uden qg indbyggede opbremsningsmidler.

Afslutningsvis Seal det nævnes, at det nu med den hydrauliske cylinder ifølge opfindelsen er muligt at kunne indbygge elek-

Claims

150226 0 triske positionsgivere til stempelpositionsbestemmelse i alle størrelser af hydrauliske cylindre, og dette til en, i forhold til hvad tidligere er kendt, uhyre billig fremstillingspris. Ved indbygning af de små induktive følere i specielt hydrau-5 liske cylindere med diametre på mellem 25 og 125 mm er det nu tillige muligt at opnå en hidtil uset nøjagtig og driftssikker positionsbestemmelse af stemplet. Ved den specielle udformning af den hydrauliske cylinder ifølge opfindelsen er det desuden muliggjort, at denne kan tåle meget høje spids-10 værdier i arbejdstrykket, og desuden er det en stor fordel, at der ved forskellige udformninger af åbningen i cylinderen kan optages elektriske positionsgivere med forskellige udformninger i denne. 15 Patentkrav. s

1. Hydraulisk cylinder (1) med stempel (5), der helt eller delvis indeholder elektrisk ledende materiale, hvilken cy- 20 linder er indrettet med mindst én gennemgående åbning (19, 20. til optagelse af en elektrisk positionsgiver (21, 22), kendetegnet ved, at åbningen (19, 20) er væske-og tryktæt aflukket ind mod cylinderens indre ved hjælp af et i hovedsagen pladeformet legeme (17, 18), der er fastgjort 25 på cylinderens indvendige overflade, hvilket pladeformede legeme (17, 18) lader sig gennemløbe af et magnetfelt (25).

2. Hydraulisk cylinder ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det pladeformede legeme (17, 18) består af 30 et keramisk materiale, der fortrinsvis er steatit.

3. Hydraulisk cylinder ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at det pladeformede legeme (17, 18) på den mod cylinderens indre vendende overflade har en overflade- 35 belægning (23).

4. Hydraulisk cylinder ifølge et eller flere'af kravene 1-3, kendetegnet ved, at det pladeformede legeme