EP0866306A1 - Wegmesssystem für Zylinderkolbenaggregate - Google Patents

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EP0866306A1
EP0866306A1 EP98102493A EP98102493A EP0866306A1 EP 0866306 A1 EP0866306 A1 EP 0866306A1 EP 98102493 A EP98102493 A EP 98102493A EP 98102493 A EP98102493 A EP 98102493A EP 0866306 A1 EP0866306 A1 EP 0866306A1
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EP
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friction wheel
piston rod
measuring system
housing
cylinder
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EP98102493A
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Hans Dipl.-Ing. Nussbaum
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Otto Nussbaum GmbH and Co KG
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Otto Nussbaum GmbH and Co KG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/20—Other details, e.g. assembly with regulating devices
    • F15B15/28—Means for indicating the position, e.g. end of stroke

Definitions

  • the invention relates to a position measuring system for cylinder-piston units by means of a friction wheel that rolls on the piston rod and whose rotation is detected by a sensor and as a measure for the path or position of the piston rod is passed on.
  • Such measuring systems allow the adjustment path in a simple manner of cylinder-piston units and thus, for example, the Height of a lifting platform. the angle of inclination of a tilting device or the like to determine
  • the friction wheel is in contact with the piston rod, so that a translatory movement of the piston rod is converted into a rotary of the friction wheel.
  • This object is achieved in that the friction wheel is arranged in a chamber by on the piston rod adjacent seals are sealed from the environment.
  • one of the seals on the piston rods prevents Impurities that are on the piston rod into the Chamber can penetrate.
  • one of the seals can be the friction wheel and the sensitive one Isolate the sensor against the excess pressure in the cylinder space, so that no additional and usually unreliable sealing the filigree elements of the measuring system is necessary.
  • Chamber of the displacement measuring system expediently at least partially arranged at one end of a plug-in or screw-in housing is.
  • the measuring system can then be used with this housing Simply attach to the cylinder-piston unit. This gives easy maintenance of the measuring system.
  • the housing should achieve sufficient contact pressure continue to a pressure device for pressing the friction wheel have the piston rod.
  • This can advantageously be realized in this way be that the friction wheel is mounted in a piston which is radial to Piston rod slidably guided in the housing and through a Spring element is acted upon.
  • the housing continues the electronics for the from the transmitter contains emitted signals, forms the measuring system a compact, clear, easy to use and easy to use waiting complete unit. Recommended for an even more compact design it is, in addition, the sensor inside the friction wheel to arrange and train it as an incremental measuring system.
  • the cheapest place for positioning the friction wheel has been one Guide bushing for the piston rod, especially the one already there end guide bushing of the cylinder proved that existing seals can be used here and at the same time a reduction in the piston stroke is avoided.
  • To the Connection of the measuring system then has a guide bush corresponding, preferably radially extending bore.
  • cylinder-piston units are used simultaneously for one stroke or Tilting device used, it is recommended on more than one or all of these units an inventive measuring system use, so that there is an overall system that is redundant is or for synchronization, especially for synchronization control, the cylinder-piston units can be used.
  • the cylinder-piston unit shown in Figure 1 has a cylinder 1 on at one end by means of a base plate 2 a support frame not shown can be hinged. On the the bottom plate 2 opposite side of the cylinder 1 protrudes him a piston rod 3 which can be moved in a straight line. At the end of the piston rod 3 located outside the cylinder 1 there is a head part 4, via which the piston rod 3 to be moved Act elements of a lifting or swiveling device can. At the outlet end of the piston rod 3, the cylinder 1 is through a guide bush 5 completed.
  • friction wheel 7 carries.
  • This friction wheel is in one from areas of a housing 8 of the displacement measuring system 6 and the guide bush 5 chamber formed.
  • the chamber is through cylinder side Seals 5a, 5b of the guide bush 5 against the excess pressure sealed in cylinder 1.
  • On the head part 4 facing The end of the guide bush 5 is the chamber by another Seal 5c against the ingress of contaminants from protected outside.
  • the measuring system 6 according to FIG. 1 is partially cut open.
  • the parts of the displacement measuring system 6 are located in the screw-in housing 8 or are held together by this.
  • the Screw-in housing 8 has on its piston rod 3 facing Page a thread 9 with which it is in a corresponding counter thread is screwed into the guide bush 5.
  • the intrusion of pollution from the environment prevents it from entering the Groove 10 O-ring to be inserted.
  • After screwing in the housing 8 it is secured by a lock nut 11 in the guide bush 5.
  • the housing 8 is approximately L-shaped, with one leg the friction wheel 7, a sensor 12 and a friction wheel and sensor bearing 13 are arranged. This leg is right-angled the second part of the housing 8, in the interior 14th there is space for evaluation electronics (not shown). An outside wall this interior 14 forms a liner Seal 15 a cover 16th
  • the friction wheel 7, which partially comes out of the housing 8, is now essential protrudes.
  • the ratio between located in the housing 8 and protruding portion of the friction wheel 7 arises by shifting of the friction wheel according to the distance between the housing 8 and the piston rod 3, so that the friction wheel 7 is always tight enough bears against the piston rod 3 by a sufficient for its rotation To achieve rolling friction.
  • Moving is done by that the friction wheel 7 is mounted on the friction wheel bearing 13, which in turn is pushed forward in the housing 8 by a compression spring 17
  • the compression spring 17 runs perpendicular to the piston rod 3 and is between the outer wall furthest from the piston rod 3 of the housing 8 and friction wheel bearing 13 braced.
  • the friction wheel bearing 13 acts as a piston in the rear area the corresponding cylindrical housing 8, while in the front area a recess for receiving the friction wheel 7 Has.
  • the friction wheel 7 has a flat tread and one in the direction of Axis of rotation adjacent to it, approximately hemispherical area, which forms the flying storage of the friction wheel.
  • the sensor 12 Inside the Friction wheels 7 is the sensor 12, the rotation of the friction wheel and as a measure of the path or the position of the Piston rod to be installed in a channel 19 of the friction wheel bearing 13 Cable to the evaluation electronics to be accommodated in the interior 14 forwards.
  • FIG. 3 corresponds the one previously described except for the fact that the interior for the evaluation electronics 14 'here not perpendicular to the rest of the housing 8 'is arranged, but in its extension This results in a longer and narrower design of the Position measuring system.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wegmeßsystem für Zylinder-Kolben-Aggregate mittels eines Reibrades (7), das an der Kolbenstange (3) abrollt und dessen Verdrehung von einem Meßwertgeber (12) erfaßt und als Maß für den Weg oder die Position der Kolbenstange (3) weitergeben wird. Wesentlich daran ist, daß das Reibrad (7) in einer Kammer angeordnet ist, die durch an der Kolbenstange (3) anliegende Dichtungen (5a, 5b, 5c) gegenüber der Umgebung abgedichtet ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Wegmeßsystem für Zylinder-Kolben-Aggregate mittels eines Reibrades, das an der Kolbenstange abrollt und dessen Verdrehung von einem Meßwertgeber erfaßt und als Maß für den Weg oder die Position der Kolbenstange weitergegeben wird.
Solche Wegmeßsysteme erlauben es auf einfache Weise, den Verstellweg von Zylinder-Kolben-Aggregaten und damit zum Beispiel die Höhe einer Hebebühne. den Neigungswinkel einer Kippvorrichtung oder dergleichen zu bestimmen Das Reibrad steht dabei in Kontakt mit der Kolbenstange, so daß eine translatorische Bewegung der Kolbenstange in eine rotatorische des Reibrades umgesetzt wird. Für eine zuverlässige Umsetzung ist es dabei wichtig, daß zwischen dem Reibrad und der sehr glatten Kolbenstange ausreichende Reibverhältnisse herrschen, was insofern zum Problem werden kann, als sich mit der Zeit Verschmutzungen an der Kolbenstange niederschlagen und von dort auf das Reibrad übertragen werden. Dies führt zu einer Verfälschung der Wegmessung, woraus angesichts der hohen Kräfte und großen Lasten, für die Zylinder-Kolben-Aggregate in der Regel zum Einsatz kommen, schwerwiegende und gefährliche Folgen resultieren können.
Davon ausgehend besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Wegmeßsystem zur Verfügung zu stellen, das auch im Langzeiteinsatz zuverlässig arbeitet. Weiterhin soll die Konstruktion kostengünstig herzustellen und einfach zu warten sein und nicht zuletzt auch für bestehende Zylinder-Kolben-Aggregate nachrüstbar sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Reibrad in einer Kammer angeordnet ist, die durch an der Kolbenstange anliegende Dichtungen gegenüber der Umgebung abgedichtet ist.
Durch das Unterbringen des Reibrades in einer weitestgehend abgeschlossenen Kammer wird verhindert, daß es verschmutzt wird, denn zumindest eine der Dichtungen an den Kolbenstangen verhindert, daß Verunreinigungen, die sich an der Kolbenstange befinden, in die Kammer eindringen können. Schließlich, und das ist ein weiterer Vorteil, kann eine der Dichtungen das Reibrad und den empfindlichen Meßwertgeber gegenüber dem Überdruck im Zylinderraum abschotten, so daß keine zusätzliche und in der Regel unzuverlässige Abdichtung der filigranen Elemente des Wegmeßsystemes notwendig ist.
Für eine Nachrüstung bestehender Zylinder-Kolben-Aggregate ist die Kammer des Wegmeßsystems zweckmäßigerweise zumindest teilweise an einem Ende eines Einsteck- oder Einschraubgehäuses angeordnet ist. Mit diesem Gehäuse läßt sich das Wegmeßsystem dann sehr einfach am Zylinder-Kolben-Aggregat anbringen. Dadurch ergibt sich auch eine leichte Wartung des Wegmeßsystems.
Um in jeder Situation einen für eine Rollreibung auf der glatten Kolbenstange ausreichenden Anpreßdruck zu erzielen, sollte das Gehäuse weiterhin eine Anpreßeinrichtung zum Andrücken des Reibrades an die Kolbenstange aufweisen. Diese kann vorteilhaft dadurch realisiert werden, daß das Reibrad in einem Kolben gelagert ist, der radial zur Kolbenstange verschiebbar in dem Gehäuse geführt und durch ein Federelement beaufschlagt ist.
Wenn weiterhin das Gehäuse die Auswertelektronik für die vom Meßwertgeber abgegebenen Signale enthält, bildet das Wegmeßsystem eine kompakte, übersichtliche, leicht handhabbare und einfach zu wartende Komplett-Einheit. Für eine noch kompaktere Bauform empfiehlt es sich zusätzlich, den Meßwertgeber im Inneren des Reibrades anzuordnen und ihn als inkrementales Meßsystem auszubilden.
Als günstigster Ort für die Positionierung des Reibrades hat sich eine Führungsbuchse für die Kolbenstange, insbesondere die ohnehin vorhandene endständige Führungsbuchse des Zylinders erwiesen, da hier auf vorhandene Dichtungen zurückgegriffen werden kann und gleichzeitig eine Verringerung des Kolbenhubes vermieden wird. Zum Anschluß des Wegmeßsystems weist die Führungsbuchse dann eine entsprechende, vorzugsweise radial verlaufende Bohrung auf.
Werden mehrere Zylinder-Kolben-Aggregate gleichzeitig für eine Hub- oder Kippvorrichtung eingesetzt, so empfiehlt es sich an mehr als einem bzw. allen dieser Aggregate ein erfindungsgemäßes Wegmeßsystem einzusetzen, so daß sich ein Gesamtsystem ergibt, das redundant ist bzw. zur Synchronisierung, vor allem zur Gleichlaufsteuerung, der Zylinder-Kolben-Aggregate eingesetzt werden kann.
Weitere Merkmale und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung; dabei zeigt
Figur 1
die Anordnung einer ersten Ausführungsform des Wegmeßsystems an einem Zylinder-Kolben-Aggregates;
Figur 1a
das Wagmeßsystem zwischen den Dichtungen;
Figur 2
die Ausführungsform nach Figur 1 in einer vergrößerten schrägen Schnittansicht;
Figur 3
eine alternative Ausführungsform in einer schrägen Schnittansicht;
Figur 4
die Ausführungsform nach Figur 1 vom Zylinder aus gesehen;
Figur 5
die Ausführungsform nach Figur 3 von der Seite; und
Figur 6
die Reibradlagerung.
Das in Figur 1 dargestellte Zylinder-Kolben-Aggregat weist einen Zylinder 1 auf, der an seinem einen Ende mittels einer Bodenplatte 2 an einem nicht gezeichneten Traggestell angelenkt werden kann. Auf der der Bodenplatte 2 gegenüberliegenden Seite des Zylinders 1 ragt aus ihm eine im Zylinder geradlinig verfahrbare Kolbenstange 3 hervor. Am außerhalb des Zylinders 1 befindlichen Ende der Kolbenstange 3 befindet sich ein Kopfteil 4, über das die Kolbenstange 3 auf zu bewegende Elemente einer Hub- oder Schwenkvorrichtung einwirken kann. Am Austrittsende der Kolbenstange 3 ist der Zylinder 1 durch eine Führungsbuchse 5 abgeschlossen.
Wesentlich ist nun, daß in die Führungsbuchse 5 ein Wegmeßsystem 6 eingeschraubt ist, das an seinem kolbenseitigen Ende ein in Figur 1a dargestelltes Reibrad 7 trägt. Dieses Reibrad befindet sich in einer aus Bereichen eines Gehäuses 8 des Wegmeßsystems 6 und der Führungsbuchse 5 gebildeten Kammer. Die Kammer ist durch zylinderseitige Dichtungen 5a, 5b der Führungsbuchse 5 gegenüber dem Überdruck im Zylinder 1 abgedichtet. An dem dem Kopfteil 4 zugewandten Ende der Führungsbuchse 5 wird die Kammer durch eine weitere Dichtung 5c gegenüber dem Eindringen von Verunreinigungen von außen geschützt.
In Figur 2 ist das Wegmeßsystem 6 nach Figur 1 teilweise aufgeschnitten. Die Teile des Wegmeßsystems 6 befinden sich in dem Einschraubgehäuse 8 bzw. werden durch dieses zusammengehalten. Das Einschraubgehäuse 8 weist an seiner der Kolbenstange 3 zugewandten Seite ein Gewinde 9 auf, mit dem es in ein entsprechendes Gegengewinde in der Führungsbuchse 5 eingeschraubt wird. Das Eindringen von Verunreinigungen aus der Umgebung verhindert ein in die Nut 10 einzulegender O-Ring. Nach dem Einschrauben des Gehäuses 8 wird es durch eine Kontermutter 11 in der Führungsbuchse 5 gesichert.
Das Gehäuse 8 ist etwa L-förmig aufgebaut, wobei im einen Schenkel das Reibrad 7, ein Meßwertgeber 12 und eine Reibrad- und Geberlagerung 13 angeordnet sind. An diesen Schenkel schließt sich rechtwinklig der zweite Teil des Gehäuses 8 an, in dessen Innenraum 14 eine nicht dargestellte Auswertungselektronik Platz findet. Eine Außenwand dieses Innenraumes 14 bildet unter Zwischenlage einer Dichtung 15 ein Deckel 16.
Wesentlich ist nun das Reibrad 7, das aus dem Gehäuse 8 teilweise hervorsteht. Das Verhältnis zwischen im Gehäuse 8 befindlichen und vorstehenden Anteil des Reibrades 7 stellt sich durch Verschieben des Reibrades entsprechend dem Abstand zwischen dem Gehäuse 8 und der Kolbenstange 3 ein, so daß das Reibrad 7 immer fest genug an der Kolbenstange 3 anliegt, um eine für seine Verdrehung ausreichende Rollreibung zu erzielen. Das Verschieben wird dadurch vorgenommen, daß das Reibrad 7 an der Reibradlagerung 13 gelagert ist, die ihrerseits im Gehäuse 8 durch eine Druckfeder 17 nach vorn geschoben wird Die Druckfeder 17 verläuft senkrecht zur Kolbenstange 3 und ist zwischen der von der Kolbenstange 3 entferntesten Außenwand des Gehäuses 8 und Reibradlagerung 13 verspannt. Beim Verschieben ändert sich der Zwischenraum 18 zwischen der Reibradlagerung 13 und der von der Kolbenstange 3 entferntesten Außenwand des Gehäuses 8 entsprechend.
Die Reibradlagerung 13 fungiert im hinteren Bereich als Kolben in dem entsprechend zylindrisch ausgebildeten Gehäuse 8, während sie im vorderen Bereich eine Aussparung zur Aufnahme des Reibrades 7 hat.
Das Reibrad 7 weist eine ebene Lauffläche und einen in Richtung der Drehachse daran angrenzenden, etwa halbkugelförmigen Bereich auf, der die fliegende Lagerung des Reibrades bildet. Im Inneren des Reibrades 7 befindet sich der Meßwertgeber 12, der die Verdrehung des Reibrades erfaßt und als Maß für den Weg oder die Position der Kolbenstange über in einem Kanal 19 der Reibradlagerung 13 zu verlegende Kabel an die im Innenraum 14 unterzubringende Auswertungselektronik weiterleitet.
Das in Figur 3 dargestellte, alternative Ausführungsbeispiel entspricht dem zuvor beschriebenen mit Ausnahme der Tatsache, daß der Innenraum für die Auswertungselektronik 14' hier nicht senkrecht zum Rest des Gehäuses 8' angeordnet ist, sondern in dessen Verlängerung verläuft Dadurch ergibt sich eine längere und schmalere Bauform des Wegmeßsystems.
In den Figuren 4 und 5 läßt sich der halbkugelförmige Verlauf des Reibrades 7 neben seiner Lauffläche in den beiden Ausführungsformen des Wegmeßsystemes 6, 6' besonders gut erkennen.
In Figur 6 ist der schräge Verlauf des Kabelführungskanales 19 durch die Reibradlagerung 13 gestrichelt angedeutet und die Bohrung 17a für die Druckfeder 17 eingezeichnet.

Claims (8)

  1. Wegmeßsystem (6, 6') für Zylinder-Kolben-Aggregate mittels eines Reibrades (7), das an der Kolbenstange (3) abrollt und dessen Verdrehung von einem Meßwertgeber (12) erfaßt und als Maß für den Weg oder die Position der Kolbenstange (3) weitergegeben wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Reibrad (7) in einer Kammer angeordnet ist, die durch an der Kolbenstange (3) anliegende Dichtungen (5a, 5b, 5c) gegenüber der Umgebung abgedichtet ist.
  2. Wegmeßsystem nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Kammer zumindest teilweise am einen Ende eines Einsteck- oder Einschraubgehäuses (8, 8') angeordnet ist.
  3. Wegmeßsystem nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Gehäuse (8, 8') eine Anpreßeinrichtung zum Andrücken des Reibrades (7) an die Kolbenstange (3) aufweist.
  4. Wegmeßsystem nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Reibrad an einer Reibradlagerung (13) gelagert ist, die radial zur Kolbenstange (3) verschiebbar in dem Gehäuse (8, 8') geführt und durch ein Federelement (17) beaufschlagt ist.
  5. Wegmeßsystem nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Gehäuse (8, 8') die Auswertungselektronik für die vom Meßwertgeber (12) abgegebenen Signale enthält.
  6. Wegmeßsystem nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Meßwertgeber (12) im Inneren des Reibrades (7) angeordnet ist.
  7. Wegmeßsystem nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Reibrad (7) in einer Führungsbuchse für die Kolbenstange (3), insbesondere in der endständigen Führungsbuchse (5), des Zylinders angeordnet ist, wozu die Führungsbuchse (5) eine entsprechende, vorzugsweise radial verlaufende Bohrung aufweist.
  8. Wegmeßsystem nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Wegmeßsysteme verschiedener Zylinder-Kolben-Aggregate an eine Gleichlaufsteuerung angeschlossen sind.
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