JP2012527558A - 液圧装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも１つの小型化された受信器を有する、自律型の電子式のセンサ装置を備えた液圧装置に関する。このような形式の受信器は、最小のスペースを必要とする。この場合、センサ装置が少なくとも１つの小型化された送信器を有していれば、特に有利である。これによって、液圧装置は、信号伝達のための敏感な電気線路を必要としないので、液圧装置の監視の信頼性は高められる。

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載した液圧装置に関する。

液圧装置は、圧力、運動及び温度等の運転パラメータを監視するための様々な構成要素を有している。

液圧装置のためのセンサとして、測定信号若しくは測定結果の伝達及び、電気ケーブルを介しての電流供給を行うセンサが公知である。

このような形式の監視式の液圧装置においては、装置の構成部分の運動及び整備の妨げとなる差込接続部及びケーブルが設けられている、という欠点がある。ケーブル又は差込接続部が損傷すると、センサは故障する。

ドイツ連邦共和国特許公開第１０２００７０１２７３３号明細書によれば、アキシャルピストンユニットのハウジングに設けられた、送信器から受信器にワイヤレスで測定信号を伝達する自律型の圧力センサが公知である。このために、及び電気測定信号を受信しかつ処理するために必要なエネルギは、コンバータによって現場で生ぜしめられる。具体的には圧電素子が提案されており、該圧電素子は、エネルギを該圧電素子は、ハウジングの領域内における作業液体の圧力変動からエネルギを生ぜしめる。

このような形式のセンサは、圧力測定に限定されるという欠点の他に、このようなセンサを設けるためのスペースを必要とするという欠点を有している。

本発明の課題は、広範囲の確実な監視を実施することができるか、若しくは広範囲の「状態監視」が可能であり、しかもセンサ装置のための所要スペースが最小であるような、液圧装置を提供することである。

この課題は、請求項１に記載した液圧装置によって解決される。

その他の有利な実施態様は、従属請求項に記載されている。

センサ装置が、少なくとも１つの小型化された発信器を有していれば、特に有利である。このような液圧装置は、信号伝達のための敏感な電気線路を必要としないので、監視の信頼性が高められる。

特に有利な実施例によれば、少なくとも１つの圧力センサを有しており、該圧力センサは、液圧装置の、圧力で負荷される構成部分に配置されている。これによって、液圧装置の非常に重要なパラメータを監視することができ、例えば運転状態が監視され、過圧を阻止することができる。

特に有利な実施例によれば、少なくとも１つの加速度センサが設けられており、該加速度センサは、液圧装置の可動な構成部分に配置されている。積分によって速度が算出され、さらに積分することによって距離若しくは位置が算出される。加速度センサによって遠心加速度を測定すれば、測定された遠心加速度に、相応の構成部分の回転軸線に対する加速度センサの間隔を加えることによって、この構成部分の回転数を算出することができる。

センサとして圧電素子を使用すれば有利である。

特に有利な実施例によれば、少なくとも１つの温度センサが設けられており、該温度センサは、液圧装置の構成部分に配置されている。

特に有利な実施態様によれば、センサ、発信器及びコントローラが、液圧装置の構成部分内に組み込まれており、この構成部分は、センサ装置の構成要素のハウジングを形成している。これによって、センサ装置の構成要素のための特別なハウジングを省くことができ、これらの構成要素の所要スペースをゼロにすることができる。

本発明の実施態様によれば、センサ、発信器及びコントローラは、少なくとも１つの自律型のエネルギ供給装置に接続されており、これらのエネルギ供給装置は、有利な形式で光エネルギ、熱エネルギ又は運動エネルギを電気エネルギに変換する。これによって、センサ装置の構成要素に給電するための電源ケーブル、若しくはバッテリ又は蓄電池は省くことができ、センサ装置の全耐用年数に亘ってメンテナンスフリーの自律型の駆動が可能である。

本発明による液圧装置の有利な実施態様によれば、受信器は、隣接する送信器の信号を受信してさらに中央の受信器に伝達する中間ステーションである。中間ステーションを適当に分割することによって、小型化された送信器の必要な送信電力は低下されるか、若しくはデータ伝達のための信頼性は高められる。

特に有利な実施例によれば、液圧装置は、静圧式の容積型機械（押し退け機械）であって、構成部分はフィードピストンである。このような形式の機械においては、例えば受信器及び送信器がピストン内又はピストンに、若しくはシリンダ壁内又はシリンダ壁に配置されていれば、前記利点が得られる。

静圧式の容積型機械は、有利にはアキシャルピストンユニットである。この場合、例えばアキシャルピストンユニットのシリンダドラムの回転運動を、加速度センサによって監視することもでき、それによって前記利点が得られる。

有利な実施態様によれば、液圧装置は調節可能な容積型機械であって、本発明によるセンサ装置を備えた構成部分は調節ピストンである。

有利な変化実施例によれば、液圧装置は、調整弁を有しており、本発明によるセンサ装置を備えた構成部分がバルブピストンである。

特に有利な実施例によれば、構成部分はハウジングに固定されている。この場合、圧力センサ及び温度センサを使用することによって、前記利点が得られる。

構成部分は、例えば規格化された閉鎖ねじであってよい。該閉鎖ねじの中に、受信器及び送信器が組み込まれていて、閉鎖ねじを簡単にねじ込むことによって、本発明による液圧装置の圧力室内に組み込むことができる。

受信器を備えた構成部分及び、液圧装置のその他の構成部分が、金属ではなく、プラスチックより製造されていれば、有利である。

以下に図面を用いて本発明の実施例を詳しく説明する。

本発明の第１実施例による斜板式ポンプの一部断面した平面図である。 一部破断して示した調節ユニットを有する、本発明による斜板式ポンプの側面図である。 本発明によるセンサ装置を備えた閉鎖ねじの概略図である。 センサ装置を備えた本発明によるアキシャルピストンの概略図である。

図１は、本発明による斜板式ポンプ１を示す。図１に示したすべての構成部分は、従来技術のものに対応する。従って以下では、斜板式ポンプ１の主要な構成部分及び機能についてだけ説明する。

斜板式ポンプ１は、転がり軸受４を介してハウジング６内に支承された駆動軸２によって駆動される。駆動軸２を介して、シリンダドラム８が共通の回転軸線１０を中心にして回転せしめられる。シリンダドラム８は、周方向に均一に分配配置された複数のシリンダ１２と、これらのシリンダ１２内でガイドされた複数のアキシャルピストン１４とを備えている。

アキシャルピストン１４は、所属のシリンダ１２内で軸方向に摺動可能であって、（図１で見て）右側の端部区分において圧力室を画成していて、（図１で見て）左側の端部区分は球状のピストン脚部１６を介してそれぞれ滑りシュー１８に接続されている。ピストン脚部１６は、それぞれの滑りシュー１８と共に玉継手を形成している。

滑りシュー１８は、ピストン脚部１６と共に円軌道に沿って移動し、この際に戻しプレート２０を介して斜板２２に（図１で見て）左方向のプリロード（予備荷重）を加える。斜板２２は、図１ではその中立の中央位置にあり、この中央位置において、滑りシュー１８に対する斜板２２の当接面は、回転軸線１０（及び図平面）に対して垂直に延在している。斜板２２は、回転軸線１０を中心にしてほぼリング状に配置されていて、（図１で見て）左側が転動体２４を介してハウジング６に支えられている。

斜板２２は、偏心的に配置されたアーム２６を有しており、該アーム２６は、斜板２２の外周部に固定されていて、回転軸線１０に対してほぼ平行に延在している。

斜板２２のアーム２６は、ピン２８及び滑り部材３０を介して調節ピストン３２に結合されている。

斜板式ポンプ１の運転中、調節ピストン３２（図１）は、図平面に対して垂直に調節され、それによって滑り部材３０、ピン２８及びアーム２６を介して斜板２２が、前記中立位置から旋回軸線３４を中心にして旋回せしめられる。

アキシャルピストン１４の球状のピストン脚部１６は、滑りシュー１８内に保持されているので、ピストン脚部１６は、斜板式ポンプ１の運転中、斜板２２の当接面によって描かれる、回転軸線１０に対して傾斜した円軌道に追従する。それによって、アキシャルピストン１４はそれぞれ、所属のシリンダ１２内において往復運動を実施し、この際に第１の半円軌道において吸込みストロークを実施し、第２の半円軌道において押し退けストロークを実施する。この場合、一方の半円軌道に配属された、高圧通路３６としての通路と、他方の半円軌道に配属された、吸込み通路３８としての通路が得られる。

調節ピストン３２を介して、回転軸線１０若しくはシリンダドラム８及びアキシャルピストン１４に対する、斜板２２の傾斜角を調節することができ、それによってアキシャルピストン１４のストロークおよびひいては斜板式ポンプ１の圧送量を変えることができる。この場合、図示の斜板式ポンプ１の斜板２２は回転可能であり、それによって高圧通路３６と吸込み通路３８との交換が行われ、斜板式ポンプ１の圧送方向を変えることができる。

図３は、閉鎖ねじ５２の概略図を示す。この閉鎖ねじの内部に本発明によるセンサ装置が設けられている。センサ装置は、圧力センサ５４と、温度センサ５６と、エネルギ供給装置５８と、エネルギ発生装置５９と、コントローラ６０と、発信器６２とから成っている。これらすべての構成要素５４，５６，５８，５９，６０，６２は小型化されていて、１つのユニットにまとめられている。構成要素５４，５６，５８，５９は、閉鎖ねじ５２がこれらの構成要素５４，５６，５８，５９のためのハウジングを形成するように、閉鎖ねじ５２の端面側の切欠内に嵌め込まれている。センサ装置はさらに、（図示していない）受信器を有しており、この受信器は、例えば斜板式ポンプ１のハウジング６の外側壁部の、発信器６２から発信された電磁波をできるだけ損なわずに受信できる箇所に配置されている。

圧力センサ５４及び温度センサ５６は、斜板式ポンプ１の内部から測定値を受信する。測定データは、コントローラ６０によって処理され、発信器６２によって（図示していない）受信器に伝送される。

構成要素５４，５６，６０及び６２によって必要とされるエネルギは、エネルギ発生装置５９によって生ぜしめられる。このために、端面側（図３で右側）における圧力媒体の振動／脈動又は熱は電気エネルギに変換され、エネルギ供給装置５８によって構成要素５４，５６，６０，６２に分配され、これらの構成要素のエネルギ需要は、小型化によって最小にされている。

本発明によれば、構成要素５４，５６，５８，５９，６０，６２は、保護されて閉鎖ねじ５２内に収容されており、閉鎖ねじ５２を回してハウジング６から外すことによって容易にアクセス（接近）可能、かつ交換可能である。本発明によるセンサ装置は、斜板式ポンプ１の作動及び整備をまったく妨げることがないので、斜板式ポンプ１の構成部分の整備若しくは交換後に、本発明に従って監視しようとする液圧装置の非常に高い信頼性が得られる。

図４は、内部に本発明の第２実施例によるセンサ装置が設けられているアキシャルピストン１４の概略図を示す。センサ装置は、斜板式ポンプ１（図１による）の別の運転パラメータを監視するために用いられる。圧力センサ５４及び温度センサ５６の他に、ストロークセンサ６４及び回転センサ６６が設けられている。これらのセンサ５４，５６，６４，６６は、エネルギ供給装置５８，エネルギ発生装置５９、コントローラ６０及び発信器６２と共に、アキシャルピストン１４の内部に収容されており、端面側において少なくとも圧力センサ５４が、シリンダ１２内に存在する圧力媒体と接触する。

構成要素５４，５６，５８，５９，６０，６２は、（図３による）前記実施例の構成要素に相当する。追加的なストロークセンサ６４は、アキシャルピストン１４（図４の側方）のストローク方向に沿った加速度を検出し、回転センサ６６は、ストローク方向に対して垂直な加速度を検出する。

ストロークセンサ６４によって検出された加速度値は、コントローラ６０によって、積分によってストローク速度に換算され、再度の積分によってストローク距離に換算される。それによって、シリンダ１２のストローク量を加えることによって、斜板式ポンプ１の圧送量が算出される。

回転センサ６６によって検出された遠心加速度は、シリンダドラム８若しくは駆動軸２の回転数に換算される。回転センサ６６は遠心加速度を測定し、測定された遠心加速度に、シリンダドラム８の回転軸線１０に対する回転センサ６６若しくはアキシャルピストン１４の間隔を加えることによって、シリンダドラム８の回転数が算出される。

アキシャルピストン１４のための図示のセンサ装置は、信頼性及びアクセス可能性を改善するために、同じ機械の複数のアキシャルピストンに重複して設けてもよい。

本発明によるデータは、シリンダ１２内の圧力媒体、並びに斜板式ポンプ１全体に関連した多くの運転パラメータに用いることができる。これらのデータによって、総合的な「"condition monitoring"；状態監視」が達成される。

図２は、本発明による斜板式ポンプ１の調節ユニット４０の主要な部分を示す。図２に示したすべての構成部分は、従来技術のものに相当しているので、以下では、調節ユニット４０の主要な構成部分及び機能だけについて説明する。

調節ユニット４０は、斜板式ポンプ１の回転軸線１０に対して十分に鏡像対称的に構成されている。調節ユニット４０は調節ハウジング４２を有しており、該調節ハウジング４２内で調節ピストン３２が２つの調節圧力室４４，４６を互いに分離している。

図２に示した、ばねによって付勢された、調節ピストン３２の中央位置において、斜板２２（図１参照）が、その回転軸線１０に対して垂直に向けられた中立位置にある。調節通路４８，５０のうちの１つを介して圧力媒体が、所属の調節圧力室４４，４６内に供給されると、調節ピストン３２は、図示の中立位置（図２）から下方へ又は上方へ摺動せしめられる。それと同時に、斜板式ポンプ１の駆動軸２が駆動されると、アキシャルピストン１４は、その回転運動中にストローク運動を実施し、それによって本発明による斜板式ポンプ１は、圧力媒体を吸い込み通路３８を介して吸い込み、高圧通路３６を介して押しやる。

特に、図３及び図４に示した実施例の枠を越えて、調節ピストン３２を本発明に従って監視することができる。調節ピストン３２のストローク方向（図２の上から下へ）に沿った加速度を検出することによって、調節ピストン３２の調節距離を検出することができ、その結果から斜板２２の調節角度を算出することができる。

前記実施例に対して追加的に又は選択的に、本発明によるセンサ装置を、調整弁５１の（図示していない）弁体に配置してもよい。この調整弁５１によって、調節通路４８，５０、調節圧力室４４，４６及び調節ピストン３２を介して、斜板式ポンプ１の旋回角度が調節される。

図４に示した実施例とは異なり、エネルギ発生装置５９は、アキシャルピストン１４の運動エネルギから電気エネルギを発生させることができる。このような形式のエネルギ発生は、センサ装置が駆動軸２又は滑りシュー１８に配置されているか又はアキシャルピストン１４内若しくはシリンダドラム８内に配置されている場合に、得られる。

本発明による電子式の「状態監視」は、例えば制御ブロックにおいて行ってもよい。

前記のようなエネルギ発生装置５９による自律型のエネルギ発生方式とは異なり、エネルギを無接触で外部から供給してもよい。

少なくとも１つの小型化されたセンサを有する自律型の電子式のセンサ装置を備えた液圧装置が開示されている。

センサ装置が少なくとも１つの小型化された発信器を有していれば、特に有利である。この液圧装置は、信号伝達のための敏感な電気線路を有していないので、監視の信頼性が高められる。

１ 斜板式ポンプ、 ２ 駆動軸、 ４ 転がり軸受、 ６ ハウジング、 ８ シリンダドラム、 １０ 回転軸線、 １２ シリンダ、 １４ アキシャルピストン、 １６ ピストン脚部、 １８ 滑りシュー、 ２０ 戻しプレート、 ２２ 斜板、 ２６ アーム、 ２８ ピン、 ３０ 滑り部材、 ３２ 調節ピストン、 ３４ 旋回軸線、 ３６ 高圧通路、 ３８ 吸込み通路、 ４４，４６ 調節圧力室、 ４８，５０ 調節通路、 ５１ 調整弁、 ５２ 閉鎖ねじ、 ５４ 圧力センサ、 ５６ 温度センサ、 ５８ エネルギ供給装置、 ５９ エネルギ発生装置、 ６０ コントローラ、 ６２ 発信器、 ６４ ストロークセンサ、 ６６ 回転センサ

Claims (18)

1. 構成部分（１４，３２，５２）と自律型の電子式のセンサ装置（５４，５６，５８，６０，６２，６４，６６）とを備えた液圧装置において、
   前記センサ装置（５４，５６，５８，６０，６２，６４，６６）が、少なくとも１つの小型化されたセンサ（５４，５６，５８，６４，６６）を有していて、該センサ（５４，５６，５８，６４，６６）が前記構成部分（１４，３２，５２）に配置されていることを特徴とする、液圧装置。
2. 前記センサ装置が、少なくとも１つの小型化された発信器（６２）を有している、請求項１記載の液圧装置。
3. 前記センサ装置が、少なくとも１つの小型化された受信器を有している、請求項２記載の液圧装置。
4. 少なくとも１つのセンサが圧力センサ（５４）であって、該圧力センサ（５４）が、前記液圧装置の加圧可能な構成部分（１４；５２）に配置されている、請求項２又は３記載の液圧装置。
5. 少なくとも１つのセンサが加速度センサ（６４，６６）であって、該加速度センサ（６４，６６）が、前記液圧装置の可動な構成部分（１４；３２）に配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の液圧装置。
6. 少なくとも１つのセンサ（５４，６４，６６）が圧電素子である、請求項１から５までのいずれか１項記載の液圧装置。
7. センサが温度センサ（５６）であって、該温度センサ（５６）が前記液圧装置の構成部分（１４；５２）に配置されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の液圧装置。
8. 少なくとも１つのセンサ（５４，５６，５８，６４，６６）、前記発信器（６２）及びコントローラ（６０）が、前記液圧装置の所属の構成部分（１４；５２）内に組み込まれており、前記構成部分（１４；５２）が、少なくとも１つの前記センサ（５４，５６，５８，６４，６６）、前記発信器（６２）及び前記コントローラ（６０）のハウジングを形成している、請求項２から７までのいずれか１項記載の液圧装置。
9. 前記センサ（５４，５６，５８，６４，６６）、前記発信器（６２）及び前記コントローラ（６０）が、少なくとも１つの自律型のエネルギ供給装置（５８）に接続されている、請求項２から８までのいずれか１項記載の液圧装置。
10. 前記エネルギ供給装置（５８）がエネルギ発生装置（５９）に接続されていて、前記エネルギ供給装置（５８）を介して、光エネルギ、熱エネルギ又は運動エネルギから電気エネルギに変換可能である、請求項９記載の液圧装置。
11. 前記受信器が、隣接する送信器（６２）の信号を受信してさらに中央の受信器に伝達する中間ステーションである、請求項１から１０までのいずれか１項記載の液圧装置。
12. 前記液圧装置が静圧式の容積型機械（１）であって、前記構成部分がフィードピストン（１４）である、請求項１から１１までのいずれか１項記載の液圧装置。
13. 前記静圧式の容積型機械がアキシャルピストンユニット（１）である、請求項１２記載の液圧装置。
14. 前記液圧装置が調節可能な容積型機械（１）であって、前記構成部分が調節ピストン（３２）である、請求項１から１３までのいずれか１項記載の液圧装置。
15. 調整弁（５１）を有しており、前記構成部分が前記調整弁（５１）のバルブピストンである、請求項１２から１４までのいずれか１項記載の液圧装置。
16. 前記構成部分（５２）がハウジングに固定されている、請求項１から１５までのいずれか１項記載の液圧装置。
17. 前記構成部分が規格化されている、請求項１６記載の液圧装置。
18. 前記構成部分が閉鎖ねじ（５２）である、請求項１６又は１７記載の液圧装置。

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