EP1317630B1 - Hydraulischer zylinder - Google Patents

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EP1317630B1
EP1317630B1 EP01974212A EP01974212A EP1317630B1 EP 1317630 B1 EP1317630 B1 EP 1317630B1 EP 01974212 A EP01974212 A EP 01974212A EP 01974212 A EP01974212 A EP 01974212A EP 1317630 B1 EP1317630 B1 EP 1317630B1
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side end
housing
piston
cap
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EP01974212A
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Werner Ebel
Wilfried KÜBERT
Martin Laube
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Bosch Rexroth AG
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Bosch Rexroth AG
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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
    • F15B15/2892—Means for indicating the position, e.g. end of stroke characterised by the attachment means
    • 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
    • F15B15/2815—Position sensing, i.e. means for continuous measurement of position, e.g. LVDT
    • F15B15/2861—Position sensing, i.e. means for continuous measurement of position, e.g. LVDT using magnetic means

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic cylinder whose housing is formed of a tubular housing part and a bottom end and a head end piece, with a displaceably mounted in the tubular housing part piston assembly which is led out through the head end piece out of the housing, and with a Wegmeßan eleven, the has a housing-fixed and a piston-fixed member and emits an electrical signal which is a measure of the position of the piston assembly with respect to the housing.
  • Such hydraulic cylinders are known.
  • the electrical output signal of the Wegmeßan Aunt such a cylinder can, for. B. used to indicate the position of the piston assembly with respect to the housing or fed as an actual value to a position control loop.
  • very large forces can be exercised.
  • measuring devices with the electronic components used in them and the electrical wires connecting them have a sensitive construction. If such a cylinder in harsh environment, eg. As used in automotive engineering, there is a risk of damage to the position measuring, in particular their evaluation.
  • GB 2 206 212 A describes a differential hydraulic cylinder.
  • a cylinder piston divides a space in the interior of the cylinder housing in a rod-side and a rod-side pressure chamber.
  • an elongate stator of a position measuring system is held.
  • At the rod-side pressure chamber includes the front side another from the cylinder housing enclosed space in which an electrical switching device is arranged. This space is sealed off from the rod-side pressure chamber.
  • the switching device is connected via cables to the stator.
  • the invention has for its object to provide a hydraulic cylinder with an integrated evaluation, in which with respect to the piston stroke the shortest possible housing design is achieved.
  • the serving for receiving the transmitter bottom end of the cylinder is designed constructively according to the forces acting on the cylinder forces, the transmitter is securely protected in the cup-shaped recess of the bottom end piece against mechanical damage.
  • the outer end surface of the bottom-side end piece can be formed as a flat support surface for the power transmission.
  • the available space for receiving the transmitter space can be increased when the piston assembly is adapted to the shape of the housing for receiving the transmitter, that the piston assembly encloses a portion of the protruding into the housing of the cylinder bottom end piece in the end position.
  • FIGURE shows a section through a hydraulic cylinder 10 designed according to the invention.
  • the cylinder 10 is designed as a plunger cylinder. Its housing consists of a bottom-side end piece 11, a head-side end piece 12 and a tubular housing part 13, which is held between the end pieces 11 and 12. The end pieces 11 and 12 are fixed by screws, of which two screws 14 and 15 are shown in the drawing, to the tubular housing part 13.
  • a plunger piston assembly 16 with a piston 17 and a piston rod 18 whose outer diameter is smaller than the outer diameter of the piston 17, slidably guided.
  • the piston assembly 16 is shown in the fully retracted position. When pressure is applied, the piston assembly 16 moves out of the head-side end piece 12 in accordance with the supplied quantity of pressure medium.
  • the piston 17 and the piston rod 18 are made as one piece.
  • the piston 17 is guided in the tubular housing part 13. Between the piston 17 and the tubular housing part 13, a sliding ring 20 is arranged.
  • the piston rod 18 is guided in the head-side end piece 12. Between the piston rod 18 and the head-side end piece 12, a sliding ring 21 and two seals 22 and 23 are arranged. In the transition region between the piston rod 18 and the piston 17 are more over the. Circumference distributed through holes 24 provided.
  • the Pressure medium supply to the cylinder 10 via a connection bore 26.
  • the pressure fluid flows from the connection bore 26 via a channel 27 into the space between the tubular housing part 13 and the piston rod 18. From there, the pressure medium passes through the through holes 24 in the space between the bottom side End piece 11 and the piston 17.
  • On the piston assembly 16 acts a force resulting from the product of the cross-sectional area of the piston rod 18 and the pressure of the pressure medium.
  • the cylinder 10 is provided with a known magnetostrictive Wegmeßan ever.
  • the Wegmeßan Mr has a housing-fixed element in the form of a rod 30 and a piston-fixed element in the form of a magnet 31.
  • the rod 30 is surrounded by a tube 32, one end of which is held on the bottom end piece 11 and the other, free end is closed.
  • the tube 32 dips into a bore 33 of the piston assembly 16.
  • discs 34 and 35 are arranged in the piston rod 18.
  • the magnet 31 is held in the disc 35.
  • the discs 34 and 35 are held by a screw 36 in the piston rod 18.
  • the bottom end piece 11 is provided with a cup-shaped recess 39.
  • a circuit board 40 is held, which is equipped with the components of a transmitter 41.
  • the evaluation 41 feeds signals into the bar 30 and evaluates the returning signals.
  • the signals supplied to the rod 30 are from the magnet 31 according to the position of the piston assembly 16 with respect to the housing 11 to 13 affected.
  • the transmitter 41 outputs an output signal which is a measure of the position of the piston assembly 16.
  • the output signal is a current signal having a range of 0 to 20 mA or 4 to 20 mA for the control range of the cylinder.
  • the recess 39 is accessible from the outside of the cylinder 10. It is closed by a plate 42.
  • the bottom-side end piece 11, the tubular housing part 13 and the head-side end piece are provided with channels 45, 46 and 47 which adjoin one another.
  • a first sealing ring 43 is arranged in the region in which the channel 45 merges into the channel 46.
  • a second sealing ring 44 is arranged in the region in which the channel 46 merges into the channel 47.
  • the sealing rings 43 and 44 prevent moisture from entering the channels 45 to 47 and from there into the recess 39. In confined spaces, surface seals can be used instead of sealing rings.
  • the circuit board 40 lead electrical lines 49 through the channels 45 to 47 in the head-side end piece 12 and there through a passage 50 perpendicular to the direction of movement of the piston assembly 16 laterally outward.
  • the bottom-side end piece 11 projects into two partial regions with different large diameters into the tubular housing part 13.
  • the piston assembly 16 is provided in the region of the piston 17 with a recess 52.
  • the recess 52 encloses in the end position of the piston assembly 16th the piston 17 facing the portion of the protruding into the tubular housing part 13 bottom end portion 11th

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Zylinder, dessen Gehäuse aus einem rohrförmigen Gehäuseteil und einem bodenseitigen sowie einem kopfseitigen Endstück gebildet ist, mit einer in dem rohrförmigen Gehäuseteil verschiebbar gelagerten Kolbenanordnung, die durch das kopfseitige Endstück aus dem Gehäuse herausgeführt ist, sowie mit einer Wegmeßanordnung, die ein gehäusefestes und ein kolbenfestes Element aufweist und die ein elektrisches Signal abgibt, das ein Maß für die Lage der Kolbenanordnung bezüglich dem Gehäuse ist.
  • Derartige hydraulische Zylinder sind bekannt. Das elektrische Ausgangssignal der Wegmeßanordnung eines derartigen Zylinders kann z. B. zur Anzeige der Lage der Kolbenanordnung bezüglich dem Gehäuse verwendet oder als Istwert einem Lageregelkreis zugeführt werden. Mit solchen Zylindern können sehr große Kräfte ausgeübt werden. Im Vergleich zu dem mechanischen Aufbau des Zylinders weisen Wegmeßanordnungen mit den in ihnen verwendeten elektronischen Bauteilen und den sie verbindenden elektrischen Leitungen einen empfindlichen Aufbau auf. Wird ein derartiger Zylinder in rauher Umgebung, z. B. in der Fahrzeugtechnik, eingesetzt, besteht die Gefahr einer Beschädigung der Wegmeßanordnung, insbesondere ihrer Auswerteelektronik.
  • Die GB 2 206 212 A beschreibt einen Differentialhydrozylinder. Ein Zylinderkolben teilt einen Raum in Innern des Zylindergehäuses in einen stangenseitigen und einen stangenabseitigen Druckraum auf. Im stangenabseitigen Raum ist ein länglicher Stator eines Wegmeßsystems gehalten. An den stangenabseitigen Druckraum schließt stirnseitig ein weiterer vom Zylindergehäuse umfasster Raum an, in dem eine elektrische Umschaltvorrichtung angeordnet ist. Dieser Raum ist gegenüber dem stangenabseitigen Druckraum abgedichtet. Die Umschaltvorrichtung ist über Kabel mit dem Stator verbunden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hydraulischen Zylinder mit einer integrierten Auswerteelektronik anzugeben, bei dem in Bezug auf den Kolbenhub eine möglichst kurze Gehäusebauform erzielt wird.
  • Diese Aufgabe wird durch einen hydraulischen Zylinder mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Da das für die Aufnahme der Auswerteelektronik dienende bodenseitige Endstück des Zylinders konstruktiv entsprechend den auf den Zylinder wirkenden Kräften ausgelegt ist, ist die Auswerteelektronik in der topfförmigen Ausnehmung des bodenseitigen Endstücks sicher gegen mechanische Beschädigungen geschützt.
  • Ist der die Auswerteelektronik aufnehmende Teil des bodenseitigen Endstücks innerhalb des Gehäuses angeordnet, kann die äußere Abschlußfläche des bodenseitigen Endstücks als ebene Auflagefläche für die Kraftübertragung ausgebildet werden. Der für die Aufnahme der Auswerteelektronik zur Verfügung stehende Raum läßt sich vergrößern, wenn die Kolbenanordnung derart an die Form des Gehäuses für die Aufnahme der Auswerteelektronik angepaßt ist, daß die Kolbenanordnung einen Teilbereich des in das Gehäuse des Zylinders ragenden bodenseitigen Endstücks in der Endstellung umschließt.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Durch die Anordnung des Rohrs der Wegmeßanordnung direkt an dem bodenseitigen Endstück ist eine einfache Verbindung der innerhalb des Rohrs angeordneten Bauteile mit der Auswerteelektronik möglich. Sind die von der Auswerteelektronik nach außen führenden elektrischen Leitungen in den in dem Gehäuse des Zylinders verlaufenden Kanälen angeordnet, sind sie gegen mechanische Beschädigungen und auch gegen das Eindringen von Feuchtigkeit geschützt.
  • Die Erfindung wird im folgenden mit ihren weiteren Einzelheiten anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Schnitt durch einen gemäß der Erfindung ausgebildeten hydraulischen Zylinder 10.
  • Der Zylinder 10 ist als Plungerzylinder ausgebildet. Sein Gehäuse besteht aus einem bodenseitigen Endstück 11, einem kopfseitigen Endstück 12 und einem rohrförmigen Gehäuseteil 13, das zwischen den Endstücken 11 und 12 gehalten ist. Die Endstücke 11 und 12 sind durch Schrauben, von denen in der Zeichnung zwei Schrauben 14 und 15 dargestellt sind, an dem rohrförmigen Gehäuseteil 13 befestigt. In dem Gehäuse ist eine als Plungerkolben ausgebildete Kolbenanordnung 16 mit einem Kolben 17 und einer Kolbenstange 18, deren Außendurchmesser kleiner als der Außendurchmesser des Kolbens 17 ist, verschiebbar geführt. In der Zeichnung ist die Kolbenanordnung 16 in der vollständig eingefahrenen Stellung dargestellt. Bei Druckbeaufschlagung fährt die Kolbenanordnung 16 entsprechend der zugeführten Druckmittelmenge aus dem kopfseitigen Endstück 12 heraus. Der Kolben 17 und die Kolbenstange 18 sind als ein Stück gefertigt. Der Kolben 17 ist in dem rohrförmigen Gehäuseteil 13 geführt. Zwischen dem Kolben 17 und dem rohrförmigen Gehäuseteil 13 ist ein Gleitring 20 angeordnet. Die Kolbenstange 18 ist in dem kopfseitigen Endstück 12 geführt. Zwischen der Kolbenstange 18 und dem kopfseitigen Endstück 12 sind ein Gleitring 21 und zwei Dichtungen 22 und 23 angeordnet. In dem Übergangsbereich zwischen der Kolbenstange 18 und dem Kolben 17 sind mehrere über den. Umfang verteilte Durchgangsbohrungen 24 vorgesehen. Die Druckmittelzufuhr zu dem Zylinder 10 erfolgt über eine Anschlußbohrung 26. Das Druckmittel fließt von der Anschlußbohrung 26 über einen Kanal 27 in den Raum zwischen dem rohrförmigen Gehäuseteil 13 und der Kolbenstange 18. Von dort gelangt das Druckmittel über die Durchgangsbohrungen 24 in den Raum zwischen dem bodenseitigen Endstück 11 und dem Kolben 17. Auf die Kolbenanordnung 16 wirkt eine Kraft, die sich aus dem Produkt der Querschnittsfläche der Kolbenstange 18 und dem Druck des Druckmittels ergibt.
  • Der Zylinder 10 ist mit einer an sich bekannten magnetostriktiven Wegmeßanordnung versehen. Die Wegmeßanordnung besitzt ein gehäusefestes Element in Form eines Stabs 30 und ein kolbenfestes Element in Form eines Magneten 31. Der Stab 30 ist von einem Rohr 32 umgeben, dessen eines Ende an dem bodenseitigen Endstück 11 gehalten ist und dessen anderes, freies Ende verschlossen ist. Das Rohr 32 taucht in eine Bohrung 33 der Kolbenanordnung 16 ein. Koaxial zu der Bohrung 33 sind Scheiben 34 und 35 in der Kolbenstange 18 angeordnet. Der Magnet 31 ist in der Scheibe 35 gehalten. Die Scheiben 34 und 35 sind durch eine Schraube 36 in der Kolbenstange 18 gehalten. Das bodenseitige Endstück 11 ist mit einer topfförmigen Ausnehmung 39 versehen. In der Ausnehmung 39 des bodenseitigen Endstücks 11 ist eine Leiterplatte 40 gehalten, die mit den Bauteilen einer Auswerteelektronik 41 bestückt ist. An der Leiterplatte 40 ist auch der Stab 30 gehalten. Die Auswerteelektronik 41 speist Signale in den Stab 30 ein und wertet die zurückkehrenden Signale aus. Die dem Stab 30 zugeführten Signale werden von dem Magneten 31 entsprechend der Stellung der Kolbenanordnung 16 bezüglich dem Gehäuse 11 bis 13 beeinflußt. Die Auswerteelektronik 41 gibt ein Ausgangssignal ab, das ein Maß für'die Stellung der Kolbenanordnung 16 ist. In vorteilhafter Weise ist das Ausgangssignal ein Stromsignal mit einem Bereich von 0 bis 20 mA oder von 4 bis 20 mA für den Stellbereich des Zylinders. Die Ausnehmung 39 ist von der Außenseite des Zylinders 10 aus zugänglich. Sie ist durch eine Platte 42 verschlossen. Das bodenseitige Endstück 11, das rohrförmige Gehäuseteil 13 und das kopfseitige Endstück sind mit Kanälen 45, 46 und 47 versehen, die aneinander anschließen. In dem Bereich, in dem der Kanal 45 in den Kanal 46 übergeht, ist ein erster Dichtring 43 angeordnet. Ein zweiter Dichtring 44 ist in dem Bereich angeordnet, in dem der Kanal 46 in den Kanal 47 übergeht. Die Dichtringe 43 und 44 verhindern, daß Feuchtigkeit in die Kanäle 45 bis 47 und von dort weiter in die Ausnehmung 39 gelangt. Bei beengten Raumverhältnissen können anstelle von Dichtringen Flächendichtungen verwendet werden. Von der Leiterplatte 40 führen elektrische Leitungen 49 durch die Kanäle 45 bis 47 in das kopfseitige Endstück 12 und treten dort durch eine Durchführung 50 senkrecht zu der Bewegungsrichtung der Kolbenanordnung 16 seitlich nach außen. Somit erfolgt sowohl der Anschluß der elektrischen Leitungen als auch der hydraulischen Leitung an den Zylinder 10 im Bereich des kopfseitigen Endstücks 12.
  • Das bodenseitige Endstück 11 ragt in zwei Teilbereichen mit unterschiedliche großen Durchmessern in das rohrförmige Gehäuseteil 13 hinein. Die Kolbenanordnung 16 ist im Bereich des Kolbens 17 mit einer Ausnehmung 52 versehen. Die Ausnehmung 52 umschließt in der Endstellung der Kolbenanordnung 16 den dem Kolben 17 zugewandten Teilbereich des in das rohrförmige Gehäuseteil 13 ragenden bodenseitigen Endstücks 11.

Claims (4)

  1. Hydraulischer Zylinder, dessen Gehäuse aus einem rohrförmigen Gehäuseteil (13) und einem bodenseitigen sowie einem kopfseitigen Endstück (11, 12) gebildet ist, mit einer in dem Gehäuse verschiebbar gelagerten Kolbenanordnung (16), die durch das kopfseitige Endstück (12) aus dem Gehäuse herausgeführt ist, sowie mit einer Wegmeßanordnung, die ein gehäusefestes und ein kolbenfestes Element (30, 31) aufweist und die ein elektrisches Signal abgibt, das ein Maß für die Lage der Kolbenanordnung (16) bezüglich dem Gehäuse ist,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    in einer topfförmigen Ausnehmung (39) des bodenseitigen Endstücks (11) eine mit einem Element (30) der Wegmeßanordnung in Verbindung stehende Auswerteelektronik (40) angeordnet ist,
    daß das bodenseitige Endstück (11) in das rohrförmige Gehäuseteil (13) hineinragt, und
    daß die Kolbenanordnung (16) an die Form des Gehäuses für eine Aufnahme der Auswerteelektronik angepasst ist, indem die Kolbenanordnung (16) mit einer Ausnehmung (52) versehen ist, die in der Endstellung der Kolbenanordnung (16) einen Teilbereich des in das rohrförmige Gehäuseteil (13) ragenden bodenseitigen Endstücks (11) aufnimmt.
  2. Hydraulischer Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem bodenseitigen Endstück (11) ein an seinem freien Ende verschlossenes Rohr (32) gehalten ist, und daß das Rohr (32) in eine Bohrung (33) der Kolbenanordnung (16) eintaucht.
  3. Hydraulischer Zylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das bodenseitige Endstück (11), das rohrförmige Gehäuseteil (13) und das kopfseitige Endstück (12) des Gehäuses mit Kanälen (45, 46, 47) versehen sind, die ineinander übergehen, und daß die elektrischen Anschlußleitungen (49) der Wegmeßanordnung durch die Kanäle (45 bis 47) geführt und seitlich aus dem kopfseitigen Endstück (12) herausgeführt sind.
  4. Hydraulischer Zylinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Übergangsbereich zwischen zwei Kanälen (45 und 46, 46 und 47) Dichtmittel (43, 44) angeordnet sind.
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Inventor name: LAUBE, MARTIN

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