EP4630694A1 - Verfahren zur herstellung eines arbeitszylinders mit einem positionssensor - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines arbeitszylinders mit einem positionssensor

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EP4630694A1
EP4630694A1 EP23821884.6A EP23821884A EP4630694A1 EP 4630694 A1 EP4630694 A1 EP 4630694A1 EP 23821884 A EP23821884 A EP 23821884A EP 4630694 A1 EP4630694 A1 EP 4630694A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
closure part
cylinder
cylinder tube
piston unit
bottom closure
Prior art date
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Pending
Application number
EP23821884.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Josef Bueter
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.)
Buemach Engineering International BV
Original Assignee
Buemach Engineering International BV
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Filing date
Publication date
Application filed by Buemach Engineering International BV filed Critical Buemach Engineering International BV
Publication of EP4630694A1 publication Critical patent/EP4630694A1/de
Pending legal-status Critical Current

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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
    • F15B15/2815—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
    • 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
    • F15B15/08—Characterised by the construction of the motor unit
    • F15B15/14—Characterised by the construction of the motor unit of the straight-cylinder type
    • F15B15/1423—Component parts; Constructional details
    • F15B15/1438—Cylinder to end cap assemblies
    • 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
    • F15B15/08—Characterised by the construction of the motor unit
    • F15B15/14—Characterised by the construction of the motor unit of the straight-cylinder type
    • F15B15/1423—Component parts; Constructional details
    • F15B15/1466—Hollow piston sliding over a stationary rod inside the cylinder

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a working cylinder with a position sensor which has a measuring sensor rod arranged in a hollow piston unit.
  • Such displacement measuring systems can be based in particular on the detection of a magnetic field that changes as a result of the position of the piston unit.
  • Solutions are also known that integrate the displacement measuring system into the pressure chamber of the working cylinder.
  • the piston rod is hollow so that a stationary measuring rod can be arranged here.
  • the piston rod carries out the linear stroke movement relative to the measuring rod, which can then be detected by the measuring rod, preferably without contact, and then evaluated.
  • the disadvantage is the complex assembly.
  • the cylinder tube is first welded to the bottom closure part, whereby this is done as a solid MAG weld.
  • the position measuring system with the measuring rod must be inserted axially through the cylinder tube and arranged on the inner wall of the bottom closure part.
  • the difficult and time-consuming threading of the connecting lines is particularly disadvantageous. Attaching and ensuring the exact axial alignment of the measuring rod is also difficult and time-consuming.
  • the object of the invention is to provide a reliable, time- and cost-saving manufacturing method for a working cylinder with a position sensor, which enables a high level of automation and provides high quality.
  • the method according to the invention is designed to produce a working cylinder with a position sensor which has the structure described below.
  • the working cylinder has a position sensor, wherein the structure of the position sensor described below forms the basis for the method according to the invention.
  • the position sensor has a base body, an axially extending measuring rod and an evaluation electronics. This can be either an analogue or a digital system.
  • the base body which is also referred to as the sensor housing, preferably has a cylindrical basic shape and is arranged in an axial receiving bore of the bottom closure part.
  • the axial receiving bore is located on the inside of the bottom closure part.
  • the inside is understood to be the side of the bottom closure part that is directed axially towards the piston unit and represents part of the inner surface of the cylinder groove space.
  • the measuring rod is arranged on the base body and, when the base body is arranged as intended, is arranged axially and concentrically to the cylindrical cylinder interior in the cylinder base and is aligned in the direction of the guide closure part.
  • the positional relationship of the measuring rod relative to the base closure part is thus indirectly determined via the base body.
  • the measuring rod is immersed in the cylinder base depending on the stroke movement.
  • the sensor rod is inserted into the axial bore of the hollow cylinder unit, whereby the sensor rod is the fixed element and the axial bore is the movable element in this changing positional relationship.
  • the immersion depth of the sensor rod in the axial bore is detected inductively, whereby a ring magnet is preferably arranged on the hollow piston, which surrounds the sensor rod and moves linearly relative to the sensor rod during a stroke movement.
  • the assembly consisting of the base body and sensor rod is located in the pressure chamber of the working cylinder.
  • the evaluation electronics are preferably connected via connecting lines that lead out of the base body, which further evaluates the primary signals of the sensor rod and makes them available as measurement signals for further position evaluation.
  • the method according to the invention for producing the described working cylinder with position sensor is characterized by the following method steps: a) joining the position sensor with its base body into the receiving bore of the bottom closure part to form a pre-assembly, b) fastening the base body in the receiving bore, c) joining and connecting the cylinder tube and the bottom closure part while arranging the measuring sensor rod in the cylinder interior, d) joining the piston unit, the guide closure part and the cylinder tube while arranging the piston unit with the measuring sensor rod in the axial bore.
  • the method steps according to the invention are described in more detail below. a) Inserting the position sensor with its base body into the receiving bore of the bottom closure part to form a pre-assembly In this process step, the base body of the position sensor is inserted axially into the receiving hole of the bottom closure part.
  • the bottom closure part is present without a connected cylinder tube in this process step, so that there is free access to the inside of the bottom closure part and in particular any connecting cables can be easily inserted into the openings of the bottom closure part.
  • securing is understood to mean in particular the axial position determination in relation to the bottom closure part.
  • the base body inserted into the interior of the bore is either held in position by the pressure present in the piston chamber, or the base body can be fixed using a groove in the base body and a radially arranged screw that engages in this groove.
  • a pre-assembly which consists of the bottom closure part as well as the base body and the measuring sensor rod. c) Joining and connecting the cylinder tube and the bottom closure part while arranging the measuring sensor rod in the cylinder interior
  • the pre-assembly is joined and connected to the cylinder tube.
  • the cylinder tube is guided axially in the direction of the bottom closure part, whereby the measuring sensor rod is positioned in the cylinder interior that is being formed.
  • the bottom closure part preferably has an annular connector with a shoulder that forms an axial annular surface.
  • the cylinder tube pushed onto the ring socket so that its cylinder tube ring surface rests against the axial ring surface of the base closure part.
  • the connection is made in a form-fitting manner, preferably by laser welding, forming a radially arranged laser ring weld seam.
  • the piston unit is first inserted into the guide closure part.
  • the assembly of the guide closure part and piston unit then takes place, with the piston unit being inserted into the cylinder tube in such a way that the measuring sensor rod is immersed in the axial bore of the piston unit and is preferably arranged there without contact with the piston unit.
  • the guide closure part is joined to the guide-side end of the cylinder tube and is preferably also secured there in a form-fitting manner using laser welding.
  • process steps c) and d) can be carried out both in the order c), d) and in the order d), c).
  • the method according to the invention is based in particular on the fact that it was surprisingly found that the heat-affected zone can be limited by means of laser welding in such a way that even a position sensor that has already been inserted is not thermally damaged. It is only through this consideration, which fundamentally contradicts the state of the art, that the special advantages are made possible. Due to the free access to the inside of the base closure part when inserting the position sensor according to the method according to the invention, the connecting lines leading from the base body can be easily guided through the openings provided for this purpose in the base closure part. In addition, there is free access from the side so that the base body can be gripped directly without any problems. Preferably, this can also be done automatically using a gripper.
  • this is characterized in that the bottom closure part is materially connected to the cylinder tube by means of a circumferential laser ring weld seam and the laser ring weld seam forms a fluid-tight sealing plane, and that method step c) is carried out by carrying out laser welding of the bottom closure part to the cylinder tube to produce the laser ring weld seam.
  • a further advantageous variant of the method is characterized in that the working cylinder is designed as a differential working cylinder, that the piston unit has a piston and a piston rod and that the axial bore is arranged in the piston rod.
  • a differential working cylinder which is widely used and has high economic importance, can be manufactured in a simple and reliable manner with a position measuring system.
  • the method is characterized in that method step d) takes place before method step c).
  • an assembly is first put together from the cylinder tube, the guide closure part and the piston unit.
  • an assembly from the cylinder tube, the guide closure part and the piston unit can be completed and then used for further assembly.
  • the sensitive position sensor is not included in this assembly, so that neither precautions need to be taken against damage nor is there any obstruction caused by the position sensor. Any contamination at the coupling point between the guide closure part and the guide-side end can be removed without hindrance before the final assembly with the pre-assembly.
  • the measuring sensor rod can be inserted into the axial bore of the piston unit in a particularly simple manner.
  • the method is characterized in that the bottom closure part is connected to the cylinder tube by means of a threaded pair and that method step c) is carried out by screwing the bottom closure part to the cylinder tube.
  • FIG. 4 Cross-sectional view of a working cylinder after screw coupling is explained in more detail.
  • Fig. 1 shows the structure of an embodiment of a working cylinder coupled according to the method by means of a laser ring weld seam as a differential working cylinder.
  • the working cylinder has the cylinder 10, the piston unit 20 and the position sensor 30 as basic components.
  • the cylinder 10 consists of the cylinder tube 11 and the closure parts 12, 13, with the guide closure part 12 being arranged at the guide-side end 14 and the base closure part 13 at the base end, and a cylinder interior 16 being formed.
  • the piston unit 20 is composed of the piston 22 and the piston rod 23, which is hollow by means of an axial bore 21.
  • the piston rod 23 slides through the guide closure part 12.
  • the position sensor 30 consists of the base body 31 and the measuring sensor rod 32 arranged thereon as well as the evaluation electronics 33.
  • the base body 31 is arranged in the bottom closure part 13 in its receiving bore 17 and the bottom closure part 13 is welded to the cylinder tube 11 by means of a laser ring weld.
  • the assembly consisting of the base body 31 and the measuring sensor rod 32 is inserted axially into the cylindrical receiving bore 17 of the base closure part 13 with the base body 31. This advantageously provides spatially free access to the two joining components 31, 32 and 13.
  • process step b the base body 31 is fastened in the receiving bore 17, whereby in the present case this is carried out parallel to the joining process in process step a) by means of precisely fitting axial pressing.
  • the piston unit 20 is inserted into the guide closure part 12, the guide closure part 12 is mounted on the cylinder tube 11 and furthermore the piston unit 20 is inserted into the cylinder tube 11.
  • the coupling between the bottom closure part 13 of the pre-assembly 40 and the cylinder tube 11 is carried out by means of laser welding, so that a laser ring weld seam 50 is obtained, which at the same time forms a fluid-tight sealing plane.
  • Fig. 3 and Fig. 4 show a modified embodiment for which the above description contents of Fig. 1 and Fig. 2 apply in the same way, unless the following special features apply.
  • the pre-assembly 40 according to Fig. 3 is manufactured in the process steps a) and b) and has an external thread (without reference symbol) on the bottom closure part 13.
  • the cylinder tube 11 has an internal thread (without reference symbol).
  • step d an assembly consisting of cylinder tube 11, guide closure part 12 and piston unit 20 with piston 22 and hollow piston rod 23 is first assembled.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Arbeitszylinders, aufweisend einen Zylinder (10), eine Kolbeneinheit (20) und einen Positionssensor (30), wobei die Kolbeneinheit (20) als eine Hohlkolbeneinheit ausgebildet ist und eine bodenseitig offene Axialbohrung (21) aufweist, wobei der Positionssensor (30) einen Grundkörper (31) aufweist, der in einer innenraumseitigen axialen Aufnahmebohrung (17) des Bodenverschlussteils (13) angeordnet ist, und einen axial erstreckten Messaufnehmerstab (32) aufweist, der in der Axialbohrung (21) angeordnet, mit dem Grundkörper (31) verbunden und in fester Lagebeziehung zu dem Bodenverschlussteil (13) angeordnet ist, und eine Auswerteelektronik (33) aufweist, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte, wobei das Durchführen der Verfahrensschritte entweder in der Reihenfolgen a), b), c), d) oder in der Reihenfolge a), b), d), c) erfolgt: a) Fügen des Positionssensors (30) mit seinem Grundkörper (31) in die Aufnahmebohrung (17) des Bodenverschlussteils (13) zu einer Vorbaugruppe (40), b) Befestigen des Grundkörpers (31) in der Aufnahmebohrung (17), c) Fügen und Verbinden des Zylinderrohrs (11) mit der Vorbaugruppe (40) an dem Bodenverschlussteil (13) unter Anordnen des Messaufnehmerstabs (32) in dem Zylinderinnenraum (16), d) Fügen der Kolbeneinheit (20), des Führungsverschlussteils (12) und des Zylinderrohrs (11) unter Anordnen der Kolbeneinheit (20) mit dem Messaufnehmerstab (32) in der Axialbohrung (21).

Description

Verfahren zur Herstellung eines Arbeitszylinders mit einem Positionssensor
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Arbeitszylinders mit einem Positionssensor, der einen in einer Hohlkolbeneinheit angeordneten Messaufnehmerstab aufweist.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, hydraulische Arbeitszylinder mit einem Wegmesssystem zu versehen, das die Arbeitsstellung der Kolbeneinheit erfassen und somit mittelbar Betriebszustände der zu betätigenden Einheiten detektieren kann. Wichtige Anwendungsbereiche sind beispielsweise Landmaschinen oder auch Müll- und andere Kommunalfahrzeuge.
Derartige Wegmesssysteme können insbesondere auf einer Erfassung eines sich durch die Position der Kolbeneinheit ändernden Magnetfeldes beruhen. Hierbei sind auch Lösungen bekannt, die das Wegmesssystem in den Druckraum des Arbeitszylinders integrieren. Beispielsweise ist eine Lösung bekannt, bei der die Kolbenstange hohl ausgebildet ist, so dass hier ein ortsfester Messstab angeordnet werden kann. Relativ zu dem Messstab führt die Kolbenstange die lineare Hubbewegung aus, die so von dem Messstab vorzugsweise berührungslos erfasst und dann ausgewertet werden kann.
Nachteilig ist die aufwändige Montage. Nach dem Stand der Technik wird zunächst das Zylinderrohr mit dem Bodenverschlussteil verschweißt, wobei dies als massive MAG-Verschweißung erfolgt. Nach dem Reinigen des so gebildeten Innenraums muss das Wegmesssystem mit dem Messstab axial durch das Zylinderrohr eingeführt und an der Innenwandung des Bodenverschlussteils angeordnet werden. Besonders nachteilig ist das schwierige und zeitaufwändige Einfädeln der Anschlussleitungen. Ebenso ist die Befestigung und Gewährleistung der exakten axialen Ausrichtung des Messstabes schwierig und zeitaufwändig. Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein zuverlässiges, zeit- und kostensparendes Herstellungsverfahren für einen Arbeitszylinder mit einem Positionssensor anzugeben, das eine hohe Automatisierung ermöglicht sowie eine hohe Qualität bereitstellt.
Die Aufgabe wird durch ein Herstellungsverfahren mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur Herstellung eines Arbeitszylinders mit einem Positionssensor ausgebildet, der den nachfolgend beschriebenen Aufbau aufweist.
Der Arbeitszylinder gemäß dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren weist als Grundelemente einen Zylinder, eine Kolbeneinheit sowie einen Positionssensor auf.
Der Zylinder des Arbeitszylinders weist in an sich bekannter Weise ein Zylinderrohr, ein Führungsverschlussteil und ein Bodenverschlussteil auf.
Das Zylinderrohr weist zwei gegenüberliegende Zylinderrohrenden auf. Hierbei handelt es sich um das führungsseitige Zylinderrohrende und das bodenseitige Zylinderrohrende. An dem führungsseitigen Zylinderrohrende ist das Führungsverschlussteil und an dem bodenseitigen Zylinderrohrende das Bodenverschlussteil angeordnet. Nachfolgend werden das führungsseitige Zylinderrohrende und das bodenseitige Zylinderrohrende zusammengefasst auch als die Zylinderrohrenden sowie das Führungsverschlussteil und das Bodenverschlussteil zusammengefasst auch als die Verschlussteile bezeichnet. Durch das Zylinderrohr und die an dessen Zylinderrohrenden angeordneten Verschlussteile wird ein Zylinderinnenraum ausgebildet. Die Kolbeneinheit ist in dem Zylinderinnenraum angeordnet. Die Kolbeneinheit ist bevorzugt als eine Baugruppe aus Kolben und Kolbenstange ausgebildet, wobei bei dieser Ausbildung die Kolbenstange das Führungsverschlussteil gleitend durchsetzt. Die Kolbeneinheit kann aber beispielsweise auch einteilig ausgebildet sein und auch als Plungerkolben vorliegen. Bei bestimmungsgemäßer Verwendung des Arbeitszylinders führt die Kolbeneinheit die lineare Hubbewegung aus.
Die Kolbeneinheit weist eine bodenseitig offene Axialbohrung auf und ist somit als eine Hohlkolbeneinheit ausgebildet. Die Axialbohrung spannt einen im Wesentlichen zylindrischen Hohlraum auf, der den Raum für die Anordnung eines Messaufnehmerstabs bereitstellt.
Ferner weist der Arbeitszylinder einen Positionssensor auf, wobei für das erfindungsgemäße Verfahren nachfolgend beschriebener Aufbau des Positionssensors zu Grunde liegt.
Der Positionssensor weist einen Grundkörper, einen axial erstreckten Messaufnehmerstab sowie eine Auswerteelektronik auf. Es kann sich hierbei sowohl um ein analoges als auch um ein digitales System handeln.
Der Grundkörper, der auch als Sensorgehäuse bezeichnet wird, weist vorzugsweise eine zylindrische Grundform auf und ist in einer axialen Aufnahmebohrung des Bodenverschlussteils angeordnet. Die axiale Aufnahmebohrung befindet sich an der Innenseite des Bodenverschlussteils. Als Innenseite wird die axial in Richtung Kolbeneinheit gerichtete Seite des Bodenverschlussteils verstanden, die einen Teil der inneren Oberfläche des Zylinderrinnenraums darstellt.
Der Messaufnehmerstab ist an dem Grundkörper angeordnet und ist bei bestimmungsgemäßer Anordnung des Grundkörpers in dem Zylinderboden axial und konzentrisch zu dem zylindrischen Zylinderinnenraum angeordnet und in Richtung des Führungsverschlussteils ausgerichtet. Mittelbar über den Grundkörper ist somit auch die Lagebeziehung des Messaufnehmerstabs relativ zu dem Bodenverschlussteil festgelegt. Der Messaufnehmerstab taucht abhängig von der Hubbewe- gung in die Axialbohrung der Hohlzylindereinheit ein, wobei jedoch der Messaufnehmerstab das feststehende und die Axialbohrung das bewegliche Element in dieser veränderlichen Lagebeziehung darstellt. Die Eintauchtiefe des Messaufnehmerstabs in der Axialbohrung wird induktiv erfasst, wobei vorzugsweise ein Ringmagnet an dem Hohlkolben angeordnet ist, der den Messaufnehmerstab umgibt und sich bei einer Hubbewegung relativ zu dem Messaufnehmerstab linear bewegt. Die Baugruppe aus Grundkörper und Messaufnehmerstab befindet sich bei bestimmungsgemäßer Verwendung im Druckraum des Arbeitszylinders. Ferner ist vorzugsweise über Anschlussleitungen, die aus dem Grundkörper herausgeführt sind, die Auswerteelektronik verbunden, die die Primärsignale des Messaufnehmerstabs weiter auswertet und als Messsignale für die weitere Positionsauswertung bereitstellt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des beschriebenen Arbeitszylinders mit Positionssensor ist gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: a) Fügen des Positionssensors mit seinem Grundkörper in die Aufnahmebohrung des Bodenverschlussteils zu einer Vorbaugruppe b) Befestigen des Grundkörpers in der Aufnahmebohrung, c) Fügen und Verbinden des Zylinderrohrs und des Bodenverschlussteils unter Anordnen des Messaufnehmerstabs in dem Zylinderinnenraum, d) Fügen der Kolbeneinheit, des Führungsverschlussteils und des Zylinderrohrs unter Anordnen der Kolbeneinheit mit dem Messaufnehmerstab in der Axialbohrung.
Die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte werden nachfolgend näher beschrieben. a) Fügen des Positionssensors mit seinem Grundkörper in die Aufnahmebohrung des Bodenverschlussteils zu einer Vorbaugruppe In diesem Verfahrensschritt wird der Grundkörper des Positionssensors in die Aufnahmebohrung des Bodenverschlussteils axial eingesetzt. Vorteilhaft und abweichend vom Stand der Technik liegt bei diesem Verfahrensschritt das Bodenverschlussteil ohne angekoppeltes Zylinderrohr vor, so dass eine freie Zugänglichkeit zu der Innenseite des Bodenverschlussteils besteht und insbesondere etwaige Anschlussleitungen in Durchführungen des Bodenverschlussteils unproblematisch eingeführt werden können. Weiterhin besteht vorteilhaft ein freier lateraler Zugang etwaiger Handlungstechnik, um bei automatisierter Fertigung den Grundkörper mit einem Greifer oder bei manueller Fertigung durch Montagepersonal führen und in die Aufnahmebohrung einsetzen und dort befestigen zu können. b) Befestigen des Grundkörpers in der Aufnahmebohrung
Nachdem der Grundkörper in die Aufnahmebohrung eingesetzt ist, wird er im Verfahrensschritt b) dort befestigt. Als Befestigen wir hierbei insbesondere die axiale Lagefestlegung zu dem Bodenverschlussteil verstanden. Beispielsweise wird der in das Innere der Bohrung eingeführte Grundkörper entweder durch den im Kolbenraum vorhandenen Druck in Position gehalten, oder es kann über eine Nut im Grundkörper und eine radial angeordneten Schraube, die in diese Nut eingereift, der Grundkörper fixiert werden.
Als Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist es zu betrachten, dass nun eine Vorbaugruppe bereitgestellt ist, die aus dem Bodenverschlussteil sowie dem Grundkörper und Messaufnehmerstab besteht. c) Fügen und Verbinden des Zylinderrohrs und des Bodenverschlussteils unter Anordnen des Messaufnehmerstabs in dem Zylinderinnenraum
Im Verfahrensschritt c) erfolgt das Fügen und Verbinden der Vorbaugruppe mit dem Zylinderrohr. Hierzu wird das Zylinderrohr axial in Richtung Bodenverschlussteil geführt, wobei der Messaufnehmerstab in dem sich bildenden Zylinderinnenraum positioniert wird. Vorzugsweise weist das Bodenverschlussteil einen Ringstutzen mit einer Schulter auf, die eine axiale Ringfläche bildet. Hierbei wird das Zylinderohr auf den Ringstutzen aufgeschoben, so dass es mit seiner Zylinderrohrringfläche an der axialen Ringfläche des Bodenverschlussteils anliegt. Die Verbindung erfolgt formschlüssig vorzugsweise als Laserverschweißung unter Ausbildung einer radial angeordneten Laserringschweißnaht. Es wurde überraschend gefunden, dass mittels der Laserverschweißung eine ausreichend geringe Streckenenergie eingebracht werden kann, so dass die thermisch empfindlichen Bauteile des Positionssensors, insbesondere das Grundgehäuse, nicht geschädigt werden. d) Fügen der Kolbeneinheit, des Führungsverschlussteils und des Zylinderrohrs unter Anordnen der Kolbeneinheit mit dem Messaufnehmerstab in der Axialbohrung
In dem Verfahrensschritt d) wird die Kolbeneinheit zunächst in das Führungsverschlussteil eingeführt. Nachfolgend erfolgt die Montage der Baugruppe aus Führungsverschlussteil und Kolbeneinheit, wobei die Kolbeneinheit so in das Zylinderrohr eingeführt wird, dass der Messaufnehmerstab in die Axialbohrung der Kolbeneinheit eintaucht und vorzugsweise dort berührungsfrei zu der Kolbeneinheit angeordnet ist. Das Führungsverschlussteil wird an das führungsseitige Ende des Zylinderrohrs gefügt und dort vorzugsweise ebenfalls mittels Laserverschweißung formschlüssig befestigt.
Erfindungsgemäß können die Verfahrensschritte c) und d) sowohl in der Reihenfolge c), d) als auch in der Reihenfolge d), c) durchführt werden.
Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt insbesondere zu Grunde dass überraschend gefunden wurde, dass die Wärmeeinflusszone mittels einer Laserverschweißung so begrenzt werden kann, dass auch ein bereits eingesetzter Positionssensor nicht thermisch beschädigt wird. Erst durch diese Überlegung, die dem Stand der Technik grundlegend entgegensteht, werden die besonderen Vorteile ermöglicht. Durch den nach dem erfindungsgemäße Verfahren freien Zugang zu der Innenseite des Bodenverschlussteils bei dem Einsetzen des Positionssensors können die aus dem Grundkörper führenden Anschlussleitungen in einfacher Weise durch die dafür vorgesehenen Öffnungen in dem Bodenverschlussteil geführt werden. Zudem besteht ein seitlich freier Zugang, so dass der Grundkörper unproblematisch direkt gegriffen werden kann. Vorzugsweise kann dies auch automatisiert mittels einem Greifer erfolgen. Vorteilhaft wird so eine Belastung des Messaufnehmerstabs vermieden und es wird dieser vor einer eventuellen Beschädigung geschützt. Ferner wird vorteilhaft die Positionierung des Grundkörpers relativ zu dem Bodenverschlussteil sowie dessen Befestigung vereinfacht. Vorteilhaft können somit kostengünstig und in hoher Qualität Arbeitszylinder mit einem Positionssensor in hohen Stückzahlen für Anwendungen wie beispielsweise in der Landwirtschaft zur Verfügung gestellt werden, wo eine elektronisch auswertbare Positionsmessung bei Arbeitszylindern, auch für eine satellitengestützte Steuerung, zunehmend an Bedeutung gewinnt.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Variante des Verfahren ist dieses dadurch gekennzeichnet, dass das Bodenverschlussteil mittels einer umlaufenden Laserringschweißnaht mit dem Zylinderrohr stoffschlüssig verbunden ist und die Laserringschweißnaht eine fluiddichte Dichtebene ausbildet, und dass der Verfahrensschritt c) mittels Durchführen eines Laserverschweißens des Bodenverschlussteils mit dem Zylinderrohr unter Herstellung der Laserringschweißnaht erfolgt.
Eine weitere vorteilhafte Variante des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitszylinder als ein Differenzialarbeitszylinder ausgebildet ist, dass die Kolbeneinheit einen Kolben und eine Kolbenstange aufweist und dass die Axialbohrung in der Kolbenstange angeordnet ist.
Gemäß dieser vorteilhaften Variante kann ein Differenzialarbeitszylinder, der hohe Verbreitung und hohe wirtschaftliche Bedeutung aufweist in einfacher und zuverlässiger Weise mit einem Wegmesssystem gefertigt werden.
Entsprechend einer anderen vorteilhaften Variante ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt d) vor dem Verfahrensschritt c) erfolgt. Somit wird gemäß dieser Weiterbildung zunächst eine Baugruppe aus dem Zylinderrohr, dem Führungsverschlussteil und der Kolbeneinheit zusammengesetzt. Vorteilhaft kann somit abweichend vom Stand der Technik eine Baugruppe aus dem Zylinderrohr, dem Führungsverschlussteil und der Kolbeneinheit komplettiert und dann für die weitere Montage genutzt werden. Besonders vorteilhaft ist in dieser Baugruppe der empfindliche Positionssensor nicht einbezogen, so dass weder Vorkehrungen gegen eine Beschädigung getroffen werden müssen noch ein Behinderung durch den Positionssensor vorliegt. Eventuelle Verunreinigungen an der Kopplungsstelle zwischen dem Führungsverschlussteil und dem führungsseitigen Ende können vor der finalen Montage mit der Vorbaugruppe ungehindert entfernt werden.
Für die Fertigstellung des Arbeitszylinders bedarf es nachfolgend lediglich des Fügens dieser Baugruppe mit der erfindungsgemäßen Vorbaugruppe. Hierbei kann der Messaufnehmerstab in besonders einfacher Weise in die Axialbohrung der Kolbeneinheit eingeführt werden. Bei der bevorzugten Kopplung zwischen der Vorbaugruppe an dem Bodenverschlussteil mit dem bodenseitigen Ende des Zylinderrohrs mittels Laserverschweißung entstehen weder Verzunderungen noch andere Verschmutzungen.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass das Bodenverschlussteil mittels einer Gewindepaarung mit dem Zylinderrohr verbunden ist und dass der Verfahrensschritt c) mittels Durchführen eines Verschraubens des Bodenverschlussteils mit dem Zylinderrohr erfolgt.
Auch bei dieser Variante des Verfahrens werden die beschriebenen besonderen Vorteile bereitgestellt.
Die Erfindung wird als Ausführungsbeispiel anhand von Fig. 1 Schnittdarstellung eines lasergekoppelten Arbeitszylinders mit Positionssensor
Fig. 2 Schnittdarstellung der Vorbaugruppe
Fig. 3 Schnittdarstellung der Vorbaugruppe
Fig. 4 Schnittdarstellung eines Arbeitszylinders nach erfolgter Schraubkopplung näher erläutert.
Hierbei beziehen sich gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Figuren auf jeweils gleiche Merkmale oder Bauteile. Die Bezugszeichen werden in der Beschreibung auch dann verwandt, sofern sie in der betreffenden Figur nicht dargestellt sind.
Fig. 1 zeigt den Aufbau eines Ausführungsbeispiels eines gemäß dem Verfahren mittels Laserringschweißnaht gekoppelten Arbeitszylinders als einen Differenzial- arbeitszylinder.
Der Arbeitszylinder weist als Grundkomponenten den Zylinder 10, die Kolbeneinheit 20 und den Positionssensor 30 auf.
Der Zylinder 10 besteht im Ausführungsbeispiel aus dem Zylinderohr 11 und den Verschlussteilen 12, 13, wobei an dem führungsseitigen Ende 14 das Führungsverschlussteil 12 und an dem bodenseitigen Ende das Bodenverschlussteil 13 angeordnet ist und ein Zylinderinnenraum 16 ausgebildet wird. Die Kolbeneinheit 20 setzt sich aus dem Kolben 22 und der mittels einer Axialbohrung 21 hohl ausgebildeten Kolbenstange 23 zusammen. Die Kolbenstange 23 führt gleitend durch das Führungsverschlussteil 12. Der Positionssensor 30 setzt sich zusammen aus dem Grundkörper 31 und dem hieran angeordneten Messaufnehmerstab 32 sowie aus der Auswerteelektronik 33.
Der Grundkörper 31 ist in dem Bodenverschlussteil 13 in dessen Aufnahmebohrung 17 angeordnet und das Bodenverschlussteil 13 ist mittels einer Laserringschweißnaht mit dem Zylinderrohr 11 verschweißt.
Bei einer Hubbewegung der Kolbeneinheit 20 verändert sich linear deren relative Lagebeziehung zu dem in der Axialbohrung 21 aufgenommenen Messaufnehmerstab 32. Die damit verbundene Änderung des den Messaufnehmerstab 32 umgebenden Magnetfelds wird durch diesen erfasst, durch die Auswerteelektronik ausgewertet und von dieser als Messsignal ausgegeben.
Das Verfahren wird anhand der in Fig. 2 dargestellten Vorbaugruppe 40 näher erläutert.
Im Verfahrensschritt a) wird die Baugruppe aus Grundkörper 31 und Messaufnehmerstab 32 in die zylindrische Aufnahmebohrung 17 des Bodenverschlussteils 13 mit dem Grundkörper 31 axial eingefügt. Hierbei ist vorteilhaft ein räumlich freier Zugang zu den beiden Fügekomponenten 31 , 32 und 13 gegeben.
Im Verfahrensschritt b) erfolgt die Befestigung des Grundkörpers 31 in der Aufnahmebohrung 17, wobei dies vorliegend parallel zu dem Fügevorgang in Verfahrensschritt a) durch das passgenaue axiale Einpressen erfolgt.
In den nachfolgenden Verfahrensschritte c) und d) wird die Kolbeneinheit 20 in das Führungsverschlussteil 12 eingesetzt, das Führungsverschlussteil 12 wird am Zylinderrohr 11 montiert und ferner wird die Kolbeneinheit 20 in das Zylinderrohr 11 eingeführt. Die Kopplung zwischen dem Bodenverschlussteil 13 der Vorbaugruppe 40 und dem Zylinderrohr 11 erfolgt mittels Laserverschweißens, so dass eine Laserringschweißnaht 50 erhalten wird, zu zugleich eine fluiddichte Dichtebene ausbildet. Die Fig. 3 und Fig. 4 zeigen ein modifiziertes Ausführungsbeispiel, für das die vorstehenden Beschreibungsinhalte zu Fig. 1 und Fig. 2 in gleicher weise gelten, soweit nicht nachfolgende Besonderheiten zutreffen.
Die Vorbaugruppe 40 gemäß Fig. 3 wird in den Verfahrensschritten a) und b) hergestellt und weist an dem Bodenverschlussteil 13 ein Außengewinde (ohne Bezugszeichen) auf. Hierzu korrespondierend weist das Zylinderrohr 11 ein Innengewinde (ohne Bezugszeichen) auf.
In dem Verfahrensschritt d) wird zuerst eine Baugruppe aus Zylinderrohr 11 , Führungsverschlussteil 12 und Kolbeneinheit 20 mit Kolben 22 und hohl ausgebildeter Kolbenstange 23 montiert.
Letztlich werden im Verfahrensschritt c) die Baugruppe aus Zylinderrohr 11 , Führungsverschlussteil 12 und Kolbeneinheit 20 und die Vorbaugruppe axial zueinander gefügt, wobei hier der Messaufnehmerstab 32 in die Axialbohrung 21 eingeführt wird. Abschließend werden das Bodenverschlussteil 13 und das Zylinderrohr 11 mittels der Paarung aus Außengewinde und Innengewinde verschraubt und somit formschlüssig gekoppelt.
Verwendete Bezugszeichen
10 Zylinder
11 Zylinderrohr
12 Führungsverschlussteil
13 Bodenverschlussteil
14 führungsseitiges Zylinderrohrende
15 bodenseitiges Zylinderrohrende
16 Zylinderinnenraum
17 axiale Aufnahmebohrung
20 Kolbeneinheit
21 Axialbohrung
22 Kolben
23 Kolbenstange
30 Positionssensor
31 Grundkörper
32 Messaufnehmerstab
33 Auswerteelektronik
40 Vorbaugruppe
50 Laserringschweißnaht

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Herstellung eines Arbeitszylinders mit einem Positionssensor, wobei der Arbeitszylinder einen Zylinder (10), eine Kolbeneinheit (20) und einen Positionssensor (30) aufweist, wobei der Zylinder (10) ein Zylinderrohr (11), ein Führungsverschlussteil (12) und Bodenverschlussteil (13) aufweist, wobei das Zylinderrohr ein führungsseitiges Zylinderrohrende (14), an dem das Führungsverschlussteil (12) angeordnet ist und ein bodenseitiges Zylinderrohrende (15), an dem das Bodenverschlussteil (13) angeordnet ist, aufweist, wobei das Zylinderrohr (11) und die Verschlussteile (12, 13) einen Zylinderinnenraum (16) ausbilden, wobei die Kolbeneinheit (20) in dem Zylinderinnenraum (16) angeordnet und als eine Hohlkolbeneinheit ausgebildet ist, eine bodenseitig offene Axialbohrung (21) aufweist und das Führungsverschlussteil (12) gleitend durchsetzt, wobei der Positionssensor (30) einen Grundkörper (31) aufweist, der in einer innenraumseitigen axialen Aufnahmebohrung (17) des Bodenverschlussteils (13) angeordnet ist, und einen axial erstreckten Messaufnehmerstab (32) aufweist, der in der Axialbohrung (21) angeordnet, mit dem Grundkörper (31) verbunden und in fester Lagebeziehung zu dem Bodenverschlussteil (13) angeordnet ist, und eine Auswerteelektronik (33) aufweist, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte, wobei das Durchführen der Verfahrensschritte entweder in der Reihenfolgen a), b), c), d) oder in der Reihenfolge a), b), d), c) erfolgt: a) Fügen des Positionssensors (30) mit seinem Grundkörper (31) in die Aufnahmebohrung (17) des Bodenverschlussteils (13) zu einer Vorbaugruppe (40), b) Befestigen des Grundkörpers (31) in der Aufnahmebohrung (17), c) Fügen und Verbinden des Zylinderrohrs (11) mit der Vorbaugruppe (40) an dem Bodenverschlussteil (13) unter Anordnen des Messaufnehmerstabs (32) in dem Zylinderinnenraum (16), d) Fügen der Kolbeneinheit (20), des Führungsverschlussteils (12) und des Zylinderrohrs (11) unter Anordnen der Kolbeneinheit (20) mit dem Messaufnehmerstab (32) in der Axialbohrung (21). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bodenverschlussteil (13) mittels einer umlaufenden Laserringschweißnaht (50) mit dem Zylinderrohr (11) stoffschlüssig verbunden ist und die Laserringschweißnaht (50) eine fluiddichte Dichtebene ausbildet, und dass der Verfahrensschritt c) mittels Durchführen eines Laserverschweißens des Bodenverschlussteils (13) mit dem Zylinderrohr (11) unter Herstellung der Laserringschweißnaht (50) erfolgt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitszylinder als ein Differenzialarbeitszylinder ausgebildet ist, dass die Kolbeneinheit (20) einen Kolben (22) und eine Kolbenstange (23) aufweist und dass die Axialbohrung (21) in der Kolbenstange (23) angeordnet ist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt d) vor dem Verfahrensschritt c) erfolgt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bodenverschlussteil (13) mittels einer Gewindepaarung mit dem Zylinderrohr (11) verbunden ist und dass der Verfahrensschritt c) mittels Durchführen eines Verschraubens des Bodenverschlussteils (13) mit dem Zylinderrohr (11) erfolgt.
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