EP2433100A2 - Hydraulisches gerät - Google Patents

Hydraulisches gerät

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Publication number
EP2433100A2
EP2433100A2 EP10711013A EP10711013A EP2433100A2 EP 2433100 A2 EP2433100 A2 EP 2433100A2 EP 10711013 A EP10711013 A EP 10711013A EP 10711013 A EP10711013 A EP 10711013A EP 2433100 A2 EP2433100 A2 EP 2433100A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
hydraulic device
component
sensor
transmitter
energy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10711013A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Grit Geissler
Dirk Van Aalst
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2433100A2 publication Critical patent/EP2433100A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B31/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01B31/12—Arrangements of measuring or indicating devices

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic device according to the preamble of patent claim 1.
  • Hydraulic devices have different approaches to monitoring their operating parameters, such as pressure, motion and temperature.
  • a disadvantage of such monitored hydraulic devices are the cables and connectors, which are a hindrance to movements of components of the equipment and their maintenance. Damage to the cables or connectors may cause the sensors to fail.
  • Publication DE 10 2007 012 733 A1 discloses an autonomous pressure sensor on the housing of an axial piston unit, which wirelessly transmits measurement signals from a transmitter to a receiver.
  • the electrical energy required for this and for obtaining and processing the electrical measuring signal is generated by a converter on site.
  • a piezoelectric element is proposed which generates the energy from pressure pulsations of the working fluid in the region of the housing.
  • the invention is based on the object, a hydraulic To create device that is comprehensively and reliably monitored or in which a comprehensive "condition monitoring" is possible, the space required for the corresponding sensor array should be minimal.
  • the hydraulic device according to the invention has at least one component and an electronic, self-sufficient sensor arrangement.
  • the sensor arrangement has at least one miniaturized transducer which is arranged on the component. Such transducers require minimal space.
  • the senor arrangement has at least one miniaturized transmitter.
  • the senor arrangement has at least one miniaturized receiver. Since the hydraulic device does not require sensitive electrical lines for signal transmission, the reliability of its monitoring is optimized.
  • a particularly preferred embodiment has at least one pressure sensor, which is arranged on a pressurized component of the hydraulic device.
  • a very important parameter of the hydraulic device can be monitored, and e.g. Operating states detected and overpressure prevented.
  • Another particularly preferred embodiment has at least one acceleration sensor which is arranged on a moving component of the hydraulic device. Through integration, speeds and over long integration paths or positions are calculated. If the accelerometer measures centrifugal accelerations, its speed can be calculated by taking into account the distance of the accelerometer to the axis of rotation of the corresponding component.
  • Another particularly preferred embodiment has at least one temperature sensor, which is arranged on a component of the hydraulic device.
  • the transducers, the transmitter and a controller are integrated in the component of the hydraulic device, wherein the component forms a housing of the components. This eliminates special housing for the components, and their space requirement can be reduced to zero.
  • the transducers, the transmitter and the controller are connected to at least one self-sufficient energy supply device, which preferably converts light energy, thermal energy or kinetic energy into electrical energy.
  • the receivers are intermediate stations, which receive in groups signals from adjacent transmitters and transmit them to a central receiver.
  • the required transmission power of the miniaturized transmitters can be reduced or the reliability of their data transmission can be increased.
  • the hydraulic device is a hydrostatic displacement machine
  • the component is a delivery piston.
  • the arrangement of the transducers and the transmitter in or on the piston or in or on a cylinder wall offers the above-mentioned advantages.
  • the hydrostatic displacement machine is preferably an axial piston unit.
  • a rotational movement e.g. their cylinder drum are monitored by accelerometers with the above advantages.
  • the hydraulic device is an adjustable displacement machine
  • the component provided with a sensor arrangement according to the invention is an actuating piston
  • the hydraulic device has a control valve
  • the component provided with a sensor arrangement according to the invention is a valve piston
  • the component is fixed to the housing.
  • the component may e.g. be a standard screw plug.
  • the transducer and a transmitter can be integrated and mounted simply by screwing the screw plug in the pressure chamber of the hydraulic device according to the invention.
  • the components provided with sensors and other components of the hydraulic device are not made of metal, but of plastic.
  • Figure 1 is a plan view of a first embodiment of a swash plate pump according to the invention partially cut;
  • Figure 2 is a side view of the swash plate pump according to the invention with cut adjustment
  • Figure 3 is a schematic representation of a present invention provided with a sensor assembly screw plug
  • Figure 4 is a schematic representation of an invention provided with a sensor arrangement axial piston.
  • FIG. 1 shows a swash plate pump 1 according to the invention. All the components shown in FIG. 1 correspond to the prior art, so that only essential elements and functions of the swash plate pump 1 are explained.
  • the swash plate pump 1 is driven by a mounted on a roller bearing 4 in the housing 6 drive shaft 2.
  • a cylinder drum 8 is set in rotation about the common axis of rotation 10, wherein the cylinder drum 8 has a plurality of evenly distributed on the circumference of the cylinder 12 and guided therein axial piston 14.
  • the axial pistons 14 are axially displaceable in the associated cylinders 12, wherein they limit pressure spaces at their (in FIG. 1) right-hand end sections, while they are connected at their (in FIG. 1) left-hand end sections via a spherical piston foot 16, each with a sliding shoe 18.
  • the piston feet 16 form with the respective sliding blocks 18 ball joints.
  • the sliding blocks 18 move with the piston feet 16 on a circular path and are biased via a retraction plate 20 against a swash plate 22 (in Figure 1) to the left.
  • the swash plate 22 is shown in FIG. 1 in its neutral central position. Position shown in which their contact surface for the sliding blocks 18 perpendicular to the axis of rotation 10 (and to the plane) extends.
  • the swash plate 22 is arranged approximately annularly about the axis of rotation 10, wherein it is supported (in Figure 1) to the left against the housing 6 via rolling elements 24.
  • the swash plate 22 has an eccentrically arranged arm 26 which is fixed to the outer periphery of the swash plate 22 and extends approximately parallel to the axis of rotation 10.
  • the arm 26 of the swash plate 22 is connected via a pin 28 and a sliding block 30 with a control piston 32.
  • the actuating piston 32 (in FIG. 1) is adjusted perpendicular to the plane of the drawing, whereby the swash plate 22 is pivoted about its sliding axis 30, the pin 28 and the arm 26 out of its above-described neutral position about its pivot axis 34.
  • the spherical piston feet 16 of the axial piston 14 are held in the shoes 18, they follow during operation of the swash plate pump 1 a relative to the axis of rotation 10 inclined circular path, which is predetermined by the contact surface of the swash plate 22.
  • the axial pistons 14 each perform an oscillating movement in the associated cylinder 12, wherein they perform a suction stroke during a first half circular path and a Verdrängerhub during a second half circular path.
  • one of the half circular orbits associated channel as high-pressure channel 36 and the other of the other half circular path associated channel results as a suction channel 38th
  • the setting angle of the swashplate 22 relative to the axis of rotation 10 or relative to the cylinder drum 8 and the axial piston 14 can be adjusted via the control piston 32, whereby the stroke of the axial piston 14 and thus the displacement of the swash plate pump 1 can be changed.
  • FIG. 3 schematically shows a closure screw 52, in the interior of which a first exemplary embodiment of a sensor arrangement according to the invention is provided. It consists of a pressure transducer 54, a temperature sensor 56, a power supply device 58, an energy generating device 59, a controller 60 and a transmitter 62. All components 54, 56, 58, 59, 60, 62 are miniaturized and combined as a unit. The components 54, 56, 58, 59 are inserted into an end-side recess of the closure screw 52 such that the closure screw 52 forms a housing for the components 54, 56, 58, 59. Furthermore, the sensor arrangement has a receiver (not shown), e.g. is arranged on an outer wall of the housing 6 of the swash plate pump 1 at a position which allows the least possible undisturbed reception of the emitted from the transmitter 62 electromagnetic waves.
  • a receiver not shown
  • the pressure sensor 54 and the temperature sensor 56 record measured values from the interior of the swash plate pump 1.
  • the measurement data is processed by the controller 60 and transmitted by the transmitter 62 to the receiver (not shown).
  • the energy required by the components 54, 56, 60, 62 is generated by the power generation device 59.
  • the vibration / pulsation or heat of the end face (in Figure 3 right) applied pressure medium is converted into electrical energy and distributed by the power supply device 58 to the components 54, 56, 60, 62, the energy requirement is minimized by miniaturization.
  • the components 54, 56, 58, 59, 60, 62 are accommodated protected in the locking screw 52 and easily accessible and removable by unscrewing the locking screw 52 from the housing 6.
  • the sensor arrangement according to the invention hinders the operation and maintenance of the swash plate pump 1 in any way, so that even after maintenance or replacement of components of the swash plate pump 1 an unrestricted high reliability of the present invention monitored hydraulic device is given.
  • FIG. 4 shows schematically an axial piston 14, inside which a second embodiment of a sensor arrangement according to the invention is provided.
  • the sensor arrangement serves to monitor further operating parameters of the swash plate pump 1 (according to FIG. 1).
  • a Hubauf choir 64 and a Drehauf choir 66 are still provided.
  • the transducers 54, 56, 64, 66 are accommodated together with the power supply device 58, the power generating device 59, the controller 60 and the transmitter 62 in the interior of an axial piston 14, wherein the end face at least the pressure sensor 54 is in contact with the pressure medium present in the cylinder 12 ,
  • the components 54, 56, 58, 59, 60, 62 correspond to those of the previously described embodiment (according to FIG. 3).
  • the additional Hubier choir 64 takes accelerations along the stroke direction of the axial piston 14 (in Figure 4 laterally), while the rotary sensor 66 receives accelerations perpendicular thereto.
  • the acceleration values determined by the Hubaufillon 64 are converted by the controller 60 by integration into Hub effeten and by re-integration in Hubwege. From this, it is possible to calculate conveying volumes of the swash-plate pump 1, taking into account the stroke volume of the cylinders 12.
  • the centrifugal accelerations determined by the rotary sensor 66 are converted into rotational speeds of the cylinder drum 8 and the drive shaft 2, respectively.
  • the rotary sensor 66 measures the centrifugal acceleration, from which, taking into account the distance of the rotary sensor 66 and the axial piston 14 to the axis of rotation 10 of the cylinder drum 8 whose speed can be calculated.
  • the sensor arrangement shown for an axial piston 14 may also be provided redundantly in a plurality of axial pistons of the same machine in order to improve the reliability and the accessibility.
  • FIG. 2 shows essential parts of the adjusting unit 40 of the swash plate pump 1 according to the invention. All the components shown in FIG. 2 correspond to the prior art, so that only essential elements and functions of the adjusting unit 40 are explained.
  • the adjusting unit 40 is largely mirror-symmetrical to the axis of rotation 10 of the swash plate pump 1 is formed. It has an adjusting housing 42, in which the adjusting piston 32 two Verstell réelle 44, 46 separates from each other.
  • the swashplate 22 In the middle position (shown in FIG. 2) of the adjusting piston 32 biased by springs, the swashplate 22 (see FIG. 1) is in its neutral position oriented perpendicular to the axis of rotation 10. If via one of the adjustment channels 48, 50 pressure medium in the associated adjustment pressure chamber 44, 46 is promoted, the actuating piston 32 is moved from its shown middle position (in Figure 2) down or up. With simultaneous drive of the drive shaft 2 of the swash plate pump 1, the axial piston 14 thereby perform during their rotational movement of a lifting movement, whereby the swash plate pump 1 according to the invention sucks pressure medium through the suction passage 38 and displaced via the high pressure passage 36.
  • an inventive monitoring of the actuating piston 32 is available. About an acceleration recording along its stroke direction (in Figure 2 of top down), an adjustment of the actuating piston 32 is determined and from the adjustment angle of the swash plate 22 are calculated.
  • a sensor arrangement according to the invention can be arranged on a valve body (not shown) of the control valve 51, with which the swivel angle of the swash plate pump 1 is adjusted via the adjustment channels 48, 50, the adjustment pressure chambers 44, 46 and via the control piston 32 becomes.
  • the energy generating device 59 can also generate electrical energy from the kinetic energy of the axial piston 14. This type of energy generation is particularly suitable for a sensor arrangement on the output shaft 2, on the shoes 18 or in the axial piston 14 and the cylinder drum 8 at.
  • the electronic "condition-monitoring" according to the invention can be carried out deviating, for example, also at control blocks.
  • a hydraulic device with a self-sufficient electronic sensor arrangement which has at least one miniaturized transducer. Such transducers require minimal space.
  • the senor arrangement has at least one miniaturized transmitter. Since the hydraulic device then requires no sensitive electrical lines for signal transmission, the reliability of its monitoring is optimized.

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Abstract

Offenbart ist ein hydraulisches Gerät mit einer autarken elektronischen Sensoranordnung, die zumindest einen miniaturisierten Aufnehmer aufweist. Derartige Aufnehmer benötigen minimalen Platz. Dabei wird es besonders bevorzugt, wenn die Sensoranordnung zumindest einen miniaturisierten Sender aufweist. Da das hydraulische Gerät dann keine empfindlichen elektrischen Leitungen zur Signalübertragung benötigt, ist die Zuverlässigkeit seiner Überwachung optimiert.

Description

Beschreibung
Hydraulisches Gerät
Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Gerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei hydraulischen Geräten gibt es zur Überwachung ihrer Betriebsparameter wie Druck, Bewegung und Temperatur verschiedene Ansätze.
Es sind Sensoren für hydraulische Geräte bekannt, bei denen die Übertragung der Messsignale bzw. -ergebnisse und die Stromversorgung über elektrische Kabel erfolgt.
Nachteilig an derartig überwachten hydraulischen Geräten sind die Kabel und Steckverbindungen, die hinderlich bei Bewegungen von Bauteilen der Geräte und bei ihrer Wartung sind. Durch Beschädigung der Kabel oder Steckverbindungen können die Sensoren ausfallen.
In der Druckschrift DE 10 2007 012 733 A1 ist ein autonomer Drucksensor am Gehäuse einer Axialkolbeneinheit offenbart, der drahtlos Messsignale von einem Sender an einen Empfänger überträgt. Die dafür und zur Gewinnung und Aufbereitung des elektrischen Messsignals benötigte elektrische Energie wird durch einen Wandler vor Ort erzeugt. Konkret wird ein Piezoelement vorgeschlagen, das die Energie aus Druckpulsationen des Arbeitsfluids im Bereich des Gehäuses erzeugt.
Nachteilig an derartigen Sensoren ist - neben der Beschränkung auf Druckmessungen - ihr Platzbedarf.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein hydraulisches Gerät zu schaffen, das umfassend und zuverlässig überwachbar ist bzw. bei dem ein umfassendes „condition-monitoring" möglich ist, wobei der Platzbedarf für die entsprechende Sensoranordnung minimal sein soll.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein hydraulisches Gerät nach Patentanspruch 1.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
Das erfindungsgemäße hydraulische Gerät hat zumindest ein Bauteil und eine elektronische, autarke Sensoranordnung. Die Sensoranordnung weist zumindest einen miniaturisierten Aufnehmer auf, der an dem Bauteil angeordnet ist. Derartige Aufnehmer benötigen minimalen Platz.
Dabei wird es besonders bevorzugt, wenn die Sensoranordnung zumindest einen miniaturisierten Sender aufweist.
Dabei wird es besonders bevorzugt, wenn die Sensoranordnung zumindest einen miniaturisierten Empfänger aufweist. Da das hydraulische Gerät keine empfindlichen elektrischen Leitungen zur Signalübertragung benötigt, ist die Zuverlässigkeit seiner Überwachung optimiert.
Ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel hat zumindest einen Druckaufnehmer, der an einem mit Druck beaufschlagten Bauteil des hydraulischen Gerätes angeordnet ist. Damit ist ein sehr wichtiger Parameter des hydraulischen Gerätes überwachbar, und es können z.B. Betriebszustände detektiert und Überdruck verhindert werden.
Ein weiteres besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel hat zumindest einen Beschleunigungsaufnehmer, der an einem bewegten Bauteil des hydraulischen Gerätes angeordnet ist. Über Integration können daraus Geschwindigkeiten und über nochma- lige Integration Wege bzw. Positionen berechnet werden. Wenn der Beschleunigungsaufnehmer Zentrifugalbeschleunigungen misst, kann daraus unter Einbeziehung des Abstandes des Beschleunigungsaufnehmers zur Drehachse des entsprechenden Bauteils seine Drehzahl errechnet werden.
Als Aufnehmer werden Piezoelemente bevorzugt.
Ein weiteres besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel hat zumindest einen Temperaturaufnehmer, der an einem Bauteil des hydraulischen Gerätes angeordnet ist.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung sind die Aufnehmer, der Sender und ein Controller in dem Bauteil des hydraulischen Gerätes integriert, wobei das Bauteil ein Gehäuse der Komponenten bildet. Damit entfallen spezielle Gehäuse für die Komponenten, und ihr Platzbedarf kann auf Null reduziert werden.
Bei einer erfindungsgemäßen Weiterbildung sind die Aufnehmer, der Sender und der Controller mit zumindest einer autarken Energieversorgungsvorrichtung verbunden, die vorzugsweise Lichtenergie, Wärmeenergie oder Bewegungsenergie in elektrische Energie umwandelt. Damit entfallen Versorgungskabel bzw. Batterien oder Akkus für die Stromversorgung der Komponenten, und es ist ein wartungsfreier autarker Betrieb über die gesamte Lebensdauer der Sensoranordnung möglich.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen hydraulischen Gerätes sind die Empfänger Zwischenstationen, die gruppenweise Signale von benachbarten Sendern empfangen und zu einem zentralen Empfänger weiter übermitteln. Durch geeignete Verteilung der Zwischenstationen kann die nötige Sendeleistung der miniaturisierten Sender vermindert bzw. die Zuverlässigkeit ihrer Datenübertragung erhöht werden.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das hydraulische Gerät eine hydrostatische Verdrängermaschine, und das Bauteil ist ein Förderkolben. Bei der- artigen Maschinen bietet z.B. die Anordnung der Aufnehmer und der Sender im oder am Kolben bzw. in oder an einer Zylinderwand die oben genannten Vorteile.
Dabei ist die hydrostatische Verdrängermaschine vorzugsweise eine Axialkolbeneinheit. Dabei kann auch eine Drehbewegung z.B. ihrer Zylindertrommel durch Beschleunigungsaufnehmer mit den oben genannten Vorteilen überwacht werden.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist das hydraulische Gerät eine verstellbare Verdrängermaschine, und das mit einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung versehene Bauteil ist ein Stellkolben.
Bei einer bevorzugten Variante hat das hydraulische Gerät ein Regelventil, und das mit einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung versehene Bauteil ist ein Ventilkolben.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Bauteil gehäusefest. Dabei bietet der Einsatz von Druckaufnehmern und Temperaturaufnehmern die oben genannten Vorteile.
Dabei kann das Bauteil z.B. eine standardisiere Verschlussschraube sein. Darin lassen sich die Aufnehmer und ein Sender integrieren und einfach durch Einschrauben der Verschlussschraube im Druckraum der erfindungsgemäßen hydraulischen Gerätes montieren.
Aus Gründen der ungestörten Signalübertragung wird es bevorzugt, wenn die mit Aufnehmern versehen Bauteile und weitere Bauteile des hydraulischen Gerätes nicht metallisch, sondern aus Kunststoff gefertigt sind.
Im Folgenden werden anhand der Figuren verschiede Ausführungsbeispiele der Erfindung detailliert beschrieben. Es zeigen: Figur 1 eine Draufsicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schrägscheibenpumpe teilweise geschnitten;
Figur 2 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Schrägscheibenpumpe mit geschnittener Verstelleinheit;
Figur 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäß mit einer Sensoranordnung versehenen Verschlussschraube; und
Figur 4 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäß mit einer Sensoranordnung versehenen Axialkolbens.
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Schrägscheibenpumpe 1. Alle in Figur 1 gezeigten Komponenten entsprechen dem Stand der Technik, so dass nur wesentliche Elemente und Funktionen der Schrägscheibenpumpe 1 erläutert werden.
Die Schrägscheibenpumpe 1 wird von einer über ein Wälzlager 4 im Gehäuse 6 gelagerten Antriebswelle 2 angetrieben. Über die Antriebswelle 2 wird eine Zylindertrommel 8 in Rotation um die gemeinsame Drehachse 10 versetzt, wobei die Zylindertrommel 8 mehrere gleichmäßig am Umfang verteilte Zylinder 12 und darin geführte Axialkolben 14 aufweist.
Die Axialkolben 14 sind in den zugeordneten Zylindern 12 axial verschiebbar, wobei sie an ihren (in Figur 1) rechten Endabschnitten Druckräume begrenzen, während sie an ihren (in Figur 1) linken Endabschnitten über einen kugelförmigen Kolbenfuß 16 mit jeweils einem Gleitschuh 18 verbunden sind. Die Kolbenfüße 16 bilden mit den jeweiligen Gleitschuhen 18 Kugelgelenke.
Die Gleitschuhe 18 bewegen sich mit den Kolbenfüßen 16 auf einer Kreisbahn und werden dabei über eine Rückzugplatte 20 gegen eine Schrägscheibe 22 (in Figur 1 ) nach links vorgespannt. Die Schrägscheibe 22 ist in Figur 1 in ihrer neutralen Mittel- Position dargestellt, bei der sich ihre Anlagefläche für die Gleitschuhe 18 senkrecht zur Drehachse 10 (und zur Zeichenebene) erstreckt. Die Schrägscheibe 22 ist etwa ringförmig um die Drehachse 10 angeordnet, wobei sie sich (in Figur 1) nach links gegen das Gehäuse 6 über Wälzkörper 24 abstützt.
Die Schrägscheibe 22 hat einen exzentrisch angeordneten Arm 26, der am Außenumfang der Schrägscheibe 22 befestigt ist und sich etwa parallel zur Drehachse 10 erstreckt.
Der Arm 26 der Schrägscheibe 22 ist über einen Zapfen 28 und einen Gleitstein 30 mit einem Stellkolben 32 verbunden.
Im Betrieb der Schrägscheibenpumpe 1 wird der Stellkolben 32 (in Figur 1) senkrecht zur Zeichenebene verstellt, wodurch über den Gleitstein 30, den Zapfen 28 und den Arm 26 die Schrägscheibe 22 aus ihrer oben beschriebenen neutralen Position um ihre Schwenkachse 34 verschwenkt wird.
Da die kugelförmigen Kolbenfüße 16 der Axialkolben 14 in den Gleitschuhen 18 gehaltert sind, folgen sie im Betrieb der Schrägscheibenpumpe 1 einer gegenüber der Drehachse 10 geneigten Kreisbahn, die von der Anlagefläche der Schrägscheibe 22 vorgegeben ist. Dadurch führen die Axialkolben 14 jeweils eine oszillierende Bewegung im zugeordneten Zylinder 12 aus, wobei sie während einer ersten halben Kreisbahn einen Saughub und während einer zweiten halben Kreisbahn einen Verdrängerhub ausführen. Dabei ergibt sich ein der einen halben Kreisbahnen zugeordneter Kanal als Hochdruckkanal 36 und der andere der anderen halben Kreisbahn zugeordnete Kanal als Saugkanal 38.
Über den Stellkolben 32 kann der Anstellwinkel der Schrägscheibe 22 gegenüber der Drehachse 10 bzw. gegenüber der Zylindertrommel 8 und den Axialkolben 14 eingestellt werden, wodurch der Hub der Axialkolben 14 und somit das Fördervolumen der Schrägscheibenpumpe 1 verändert werden können. Dabei ist die Schrägscheibe 22 der gezeigten Schrägscheibenpumpe 1 durchschwenkbar, womit der Hochdruckkanal 36 und der Saugkanal 38 vertauscht werden können, und die Förderrichtung der Schrägscheibenpumpe 1 verändert werden kann.
Figur 3 zeigt schematisch eine Verschlussschraube 52, in deren Innern ein erstes Ausführungsbeispiel eine erfindungsgemäße Sensoranordnung vorgesehen ist. Sie besteht aus einem Druckaufnehmer 54, einem Temperaturaufnehmer 56, einer Energieversorgungsvorrichtung 58, einer Energieerzeugungseinrichtung 59, einem Controller 60 und einem Sender 62. Alle Komponenten 54, 56, 58, 59, 60, 62 sind miniaturisiert und als Einheit zusammengefasst. Die Komponenten 54, 56, 58, 59 sind in eine stirnseitige Ausnehmung der Verschlussschraube 52 derart eingesetzt, dass die Verschlussschraube 52 ein Gehäuse für die Komponenten 54, 56, 58, 59 bildet. Weiterhin hat die Sensoranordnung einen (nicht gezeigten) Empfänger, der z.B. an einer Außenwandung des Gehäuses 6 der Schrägscheibenpumpe 1 an einer Stelle angeordnet ist, die einen möglichst ungestörten Empfang der von dem Sender 62 ausgesendeten elektromagnetischen Wellen ermöglicht.
Der Druckaufnehmer 54 und der Temperaturaufnehmer 56 nehmen Messwerte aus dem Innern der Schrägscheibenpumpe 1 auf. Die Messdaten werden vom Controller 60 verarbeitet und vom Sender 62 an den (nicht gezeigten) Empfänger übermittelt.
Die von den Komponenten 54, 56, 60, 62 benötigte Energie wird von der Energieerzeugungseinrichtung 59 erzeugt. Dazu wird die Vibration/Pulsation oder Wärme des stirnseitig (in Figur 3 rechts) anliegenden Druckmittels in elektrische Energie umgewandelt und von der Energieversorgungsvorrichtung 58 an die Komponenten 54, 56, 60, 62 verteilt, deren Energiebedarf durch Miniaturisierung minimiert ist.
Erfindungsgemäß sind die Komponenten 54, 56, 58, 59, 60, 62 geschützt in der Verschlussschraube 52 aufgenommen und durch Ausdrehen der Verschlussschraube 52 aus dem Gehäuse 6 leicht zugänglich und austauschbar. Die erfindungsgemäße Sensoranordnung behindert den Betrieb und die Wartung der Schrägscheibenpumpe 1 in keiner Weise, so dass auch nach einer Wartung bzw. einem Auswechseln von Bauteilen der Schrägscheibenpumpe 1 eine uneingeschränkt hohe Zuverlässigkeit des erfindungsgemäß überwachten hydraulischen Gerätes gegeben ist.
Figur 4 zeigt schematisch einen Axialkolben 14, in dessen Innern ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung vorgesehen ist. Die Sensoranordnung dient zur Überwachung von weiteren Betriebsparametern der Schrägscheibenpumpe 1 (gemäß Figur 1 ). Dabei sind neben dem Druckaufnehmer 54 und dem Temperaturaufnehmer 56 noch ein Hubaufnehmer 64 und ein Drehaufnehmer 66 vorgesehen. Die Aufnehmer 54, 56, 64, 66 sind zusammen mit der Energieversorgungsvorrichtung 58, der Energieerzeugungseinrichtung 59, dem Controller 60 und dem Sender 62 im Innern eines Axialkolbens 14 aufgenommen, wobei stirnseitig zumindest der Druckaufnehmer 54 mit dem im Zylinder 12 vorhandenen Druckmittel in Kontakt steht.
Die Komponenten 54, 56, 58, 59, 60, 62 entsprechen denen des vorbeschriebenen Ausführungsbeispiels (gemäß Figur 3). Der zusätzliche Hubaufnehmer 64 nimmt Beschleunigungen entlang der Hubrichtung des Axialkolbens 14 (in Figur 4 seitlich) auf, während der Drehaufnehmer 66 Beschleunigungen senkrecht dazu aufnimmt.
Die vom Hubaufnehmer 64 ermittelten Beschleunigungswerte werden vom Controller 60 durch Integration in Hubgeschwindigkeiten und durch erneute Integration in Hubwege umgerechnet. Daraus lassen sich unter Einbeziehung des Hubvolumens der Zylinder 12 Fördervolumina der Schrägscheibenpumpe 1 errechnen.
Die vom Drehaufnehmer 66 ermittelten Zentrifugalbeschleunigungen werden in Drehzahlen der Zylindertrommel 8 bzw. der Antriebswelle 2 umgerechnet. Dabei misst der Drehaufnehmer 66 die Zentrifugalbeschleunigung, aus der unter Einbeziehung des Abstandes des Drehaufnehmers 66 bzw. des Axialkolbens 14 zur Drehachse 10 der Zylindertrommel 8 deren Drehzahl errechnet werden kann. Die für einen Axialkolben 14 gezeigte Sensoranordnung kann redundant auch in mehreren Axialkolben der gleichen Maschine vorgesehen sein, um die Zuverlässigkeit und die Zugänglichkeit zu verbessern.
Somit stehen erfindungsgemäß Daten zu zahlreichen Betriebsparameter bezüglich des Druckmittels im Zylinder 12 und bezüglich der gesamten Schrägscheibenpumpe 1 zur Verfügungen. Mit diesen Daten kann ein umfassendes „condition-monitoring" erreicht werden.
Figur 2 zeigt wesentliche Teile der Verstelleinheit 40 der erfindungsgemäßen Schrägscheibenpumpe 1. Alle in Figur 2 gezeigten Komponenten entsprechen dem Stand der Technik, so dass nur wesentliche Elemente und Funktionen der Verstelleinheit 40 erläutert werden.
Die Verstelleinheit 40 ist weitgehend spiegelsymmetrisch zur Drehachse 10 der Schrägscheibenpumpe 1 ausgebildet. Sie hat ein Verstellgehäuse 42, in dem der Stellkolben 32 zwei Verstelldruckräume 44, 46 voneinander trennt.
In der (in Figur 2) gezeigten durch Federn vorgespannten mittleren Position des Stellkolbens 32 befindet sich die Schrägscheibe 22 (vgl. Figur 1 ) in ihrer neutralen senkrecht zur Drehachse 10 ausgerichteten Stellung. Wenn über einen der Verstellkanäle 48, 50 Druckmittel in den zugeordneten Verstelldruckraum 44, 46 gefördert wird, wird der Stellkolben 32 aus seiner gezeigten mittleren Position (in Figur 2) nach unten oder oben verschoben. Bei gleichzeitigem Antrieb der Antriebswelle 2 der Schrägscheibenpumpe 1 führen die Axialkolben 14 während ihrer Drehbewegung dadurch eine Hubbewegung aus, wodurch die erfindungsgemäße Schrägscheibenpumpe 1 Druckmittel über den Saugkanal 38 ansaugt und über den Hochdruckkanal 36 verdrängt.
Insbesondere bietet sich über die abgebildeten Ausführungsbeispiele gemäß Figuren 3 und 4 hinausgehend eine erfindungsgemäße Überwachung des Stellkolbens 32 an. Über eine Beschleunigungsaufnahme entlang seiner Hubrichtung (in Figur 2 von oben nach unten) kann ein Verstellweg des Stellkolbens 32 ermittelt und daraus der Verstellwinkel der Schrägscheibe 22 berechnet werden.
Zusätzlich zu den oben genannten Ausführungsbeispielen oder alternativ kann eine erfindungsgemäße Sensoranordnung an einem (nicht gezeigten) Ventilkörper des Regelventils 51 angeordnet werden, mit dem über die Verstellkanäle 48, 50, die Verstelldruckräume 44, 46 und über den Stellkolben 32 der Schwenkwinkel der Schrägscheibenpumpe 1 eingestellt wird.
Abweichend von dem in Figur 4 gezeigten Ausführungsbeispiel kann die Energieerzeugungseinrichtung 59 auch elektrische Energie aus der Bewegungsenergie des Axialkolbens 14 erzeugen. Diese Art der Energiegewinnung bietet sich insbesondere bei einer Sensoranordnung an der Abtriebswelle 2, an den Gleitschuhen 18 oder in den Axialkolben 14 bzw. der Zylindertrommel 8 an.
Das erfindungsgemäße elektronische „condition-monitoring" kann abweichend z.B. auch an Steuerblöcken erfolgen.
Als Alternative zu der beschriebenen autarken Energieerzeugung durch die Energieerzeugungseinrichtungen 59 kann auch Energie berührungslos von außen eingeprägt werden.
Offenbart ist ein hydraulisches Gerät mit einer autarken elektronischen Sensoranordnung, die zumindest einen miniaturisierten Aufnehmer aufweist. Derartige Aufnehmer benötigen minimalen Platz.
Dabei wird es besonders bevorzugt, wenn die Sensoranordnung zumindest einen miniaturisierten Sender aufweist. Da das hydraulische Gerät dann keine empfindlichen elektrischen Leitungen zur Signalübertragung benötigt, ist die Zuverlässigkeit seiner Überwachung optimiert.

Claims

12 / 14Patentansprüche
1. Hydraulisches Gerät mit einem Bauteil (14, 32, 52) und einer elektronischen, autarken Sensoranordnung (54, 56, 58, 60, 62, 64, 66) dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (54, 56, 58, 60, 62, 64, 66) zumindest einen miniaturisierten Aufnehmer (54, 56, 58, 64, 66) aufweist, der an dem Bauteil (14, 32, 52) angeordnet ist.
2. Hydraulisches Gerät nach Patentanspruch 1, wobei die Sensoranordnung zumindest einen miniaturisierten Sender (62) aufweist. -
3. Hydraulisches Gerät nach Patentanspruch 2, wobei die Sensoranordnung zumindest einen miniaturisierten Empfänger aufweist.
4. Hydraulisches Gerät nach Patentanspruch 2 oder 3, wobei zumindest ein Aufnehmer ein Druckaufnehmer (54) ist, der an einem mit Druck beaufschlagbaren Bauteil (14; 52) des hydraulischen Gerätes angeordnet ist.
5. Hydraulisches Gerät nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei zumindest ein Aufnehmer ein Beschleunigungsaufnehmer (64, 66) ist, der an einem bewegbaren Bauteil (14; 32) des hydraulischen Gerätes angeordnet ist.
6. Hydraulisches Gerät nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der zumindest eine Aufnehmer (54, 64, 66) ein Piezoelement ist.
7. Hydraulisches Gerät nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei ein Aufnehmer ein Temperaturaufnehmer (56) ist, der an einem Bauteil (14; 52) des hydraulischen Gerätes angeordnet ist.
8. Hydraulisches Gerät nach einem der Patentansprüche 2 bis 7, wobei zu- 13 / 14 mindest ein Aufnehmer (54, 56, 58, 64, 66), der Sender (62) und ein Controller (60) in dem zugeordneten Bauteil (14; 52) des hydraulischen Gerätes integriert sind, wobei das Bauteil (14; 52) ein Gehäuse des zumindest einen Aufnehmers (54, 56, 58, 64, 66), des Senders (62) und des Controllers (60) bildet.
9. Hydraulisches Gerät nach einem der Patentansprüche 2 bis 8, wobei die Aufnehmer (54, 56, 58, 64, 66), der Sender (62) und der Controller (60) mit zumindest einer autarken Energieversorgungsvorrichtung (58) verbunden sind.
10. Hydraulisches Gerät nach Patentanspruch 9, wobei über die Energieversorgungsvorrichtung (58) mit einer Energieerzeugungseinrichtung (59) verbunden ist, von der Lichtenergie, Wärmeenergie oder Bewegungsenergie in elektrische Energie umwandelbar ist.
11. Hydraulisches Gerät nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Empfänger Zwischenstationen sind, die Signale von benachbarten Sendern (62) empfangen und zu einem zentralen Empfänger weiter übermitteln.
12. Hydraulisches Gerät nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, das eine hydrostatische Verdrängermaschine (1) ist, wobei das Bauteil ein Förderkolben (14) ist.
13. Hydraulisches Gerät nach Patentanspruch 12, wobei die hydrostatische Verdrängermaschine eine Axialkolbeneinheit (1) ist.
14. Hydraulisches Gerät nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei es eine verstellbare Verdrängermaschine (1 ) und das Bauteil ein Stellkolben (32) ist.
15. Hydraulisches Gerät nach einem der Patentansprüche 12 bis 14 mit einem 14 / 14 Regelventil (51), wobei das Bauteil ein Ventilkolben des Regelventils (51 ) ist.
16. Hydraulisches Gerät nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Bauteil (52) gehäusefest ist.
17. Hydraulisches Gerät nach Patentanspruch 16, wobei das Bauteil standardisiert ist.
18. Hydraulisches Gerät nach Patentanspruch 16 oder 17, wobei das Bauteil eine Verschlussschraube ist (52).
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