JP2019521294A - 油空圧式ピストン型アキュムレータ - Google Patents

Abstract

長手軸線を有する円筒管を有するアキュムレータハウジングを有し、円筒管は両端部の各々がハウジングカバーで閉じられ、内部でピストンが長手方向に移動可能であり、ピストンはハウジング内で圧縮可能な媒体用の作動室を、圧縮不能な媒体用の作動室から分離し、ハウジング内のピストンの位置を非接触で決定する変位測定装置を具備する油空圧式ピストン型アキュムレータにおいて、変位測定装置は非磁性測定管を有し、測定管はピストン内に形成された連通路を通り長手軸線に沿って一方のハウジングカバーから他方まで延び、ハウジングの内室に対して密封され、管内で位置センサーが移動可能に案内され、該センサーとピストンとの間で作用する磁力で測定管内でピストン運動に追従し、一方のハウジングカバーに変位測定装置の送受信器が配置され、測定管の開いた端部を通る測定放射を位置センサーに送信し、該位置センサーから反射された放射を受信する。【選択図】図１

Description

本発明は、油空圧式ピストン型アキュムレータであって、長手軸線を規定する円筒管を有するアキュムレータハウジングを具備し、円筒管は両端部がそれぞれ１つのハウジングカバーによって閉じられていて、その内部でピストンが長手方向に移動可能であり、ピストンはハウジング内で作動ガスなどの圧縮可能な媒体のための作動室を、油圧オイルなどの圧縮不能な媒体のための作動室から分離し、更に前記ハウジング内のピストンの位置を非接触で決定する変位測定装置を具備している、油空圧式ピストン型アキュムレータに関する。

油空圧式ピストン型アキュムレータなどの油圧アキュムレータは、油圧システムにおいて圧力下にある特定の体積の液体、例えば油圧オイルを受容し、必要に応じてシステムに戻し与えるために使用される。現在慣用的な油空圧式ピストン型アキュムレータではピストンがオイル側作動室を窒素などの作動ガスを受容する作動室から分離し、このピストンの位置が変わるので、圧力が上昇するとアキュムレータが油圧オイルを受容し、その際に他方の作動室内のガスが圧縮される。圧力が低下すると圧縮されたガスが膨張して、蓄えられた油圧オイルを油圧回路に押し戻す。このようにすることにより運転中に生じる作動室の体積の変化によって、その都度ピストンの相応の軸線方向運動が生じる。

アキュムレータの所望された申し分のない運転特性のために前提となるのは、作動ガスの作動室内に存在している圧力がオイル側作動室内の圧力水準に適合されて、ピストンがアキュムレータハウジングの内部の適当な箇所にあり、それによってアキュムレータハウジング内でピストン終端位置間で作動運動を行うことができる。更に、ピストンが与えられた液圧においてオイル側作動室内で占める位置を決定することにより、付属の作動室内の作動ガスの封入圧力の高さに関する確認、ひいてはピストン型アキュムレータの適切な機能性の監視が可能になる。

ピストンの位置を確認するために、種々の解決策が提案された。例えばある特許文献において、作動ガスを包有している作動室に隣接するハウジングカバーを起点として、超音波センサーによってピストンに向けられた側との間隔が決定される、超音波変位測定システムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。この解決策は、ガスを包有している作動室内で運転中に音波伝搬速度が変化するので、経過時間の決定によって得られる測定結果の連続的な誤差修正を行わなければならないため手間がかかる。また、別の特許文献で開示された別の公知の解決策では、アキュムレータハウジングの外側に１列に並べた磁界センサーが配置されており、これらがピストン型アキュムレータのピストンにある磁石配置構成の磁界に反応する（例えば、特許文献２参照。）。この解決策の難点は、磁界センサーを含有する磁石ストリップを外側部材としてアキュムレータハウジングに取り付けなければならないことである。

独国特許出願公開第１０２０１３００９６１４号明細書 独国特許出願公開第１０３１０４２７号明細書

本発明の課題は、変位測定装置がピストンの位置決定を特別簡単で有利な方法で可能にする、冒頭に述べた種類の油空圧式ピストン型アキュムレータを提供することである。

上記の課題は、本願の請求項１に係る発明の特徴をその全体において有するピストン型アキュムレータによって解決される。

本願の請求項１に係る発明の特徴部によれば、本発明の変位測定装置は非磁性測定管を有し、この測定管はピストン内に形成された連通路を通り長手軸線に沿って一方のハウジングカバーから他方のハウジングカバーまで延びていて、ハウジングの内室に対して密封されている。測定過程に用いられる位置センサーは測定管内で移動可能に案内されていて、ピストンと位置センサーとの間で働く磁力の作用によりピストンの運動に追従する。一方のハウジングカバーにある変位測定装置の送受信器は、測定管の開いている前記端部を通して測定放射を位置センサーに送信し、且つ位置センサーから反射された放射を受信する。このようにして測定管の内室がハウジング内室の物理的状態とは独立の測定区域を形成することにより、超音波などの測定放射が貫通するために媒体圧力と媒体密度が一定のままである室が提供される。これにより一定の放射速度において超音波送受信器を有する変位測定装置によって、誤差修正の措置が必要となるようなことはなく、変位測定を問題なく正確に実施できる。この測定管によって同様にレーザー測定も実施できることは言うまでもない。

測定管内における位置センサーの追従運動を強制する磁力を生み出すために、有利にはピストンに永久磁石装置を設けることができ、この永久磁石装置は強磁性材料で形成された又は強磁性の構成要素を備えた位置センサーをピストンが移動運動する際に連行する。

位置センサーに作用する特に高い吸引力を生み出すために、位置センサーにも永久磁石装置、例えば位置センサー内にある硬質磁性フェライトコアを設けることができる。

特に有利には、ピストンに設けた永久磁石装置は、ピストンの連通路に固持されて測定管を包囲する磁石リングを有することができる。

特に有利な実施例において、位置センサーは長手軸線に対して半径方向平面上に延びる２つの円板を有し、これらの円板は半径方向内方に偏倚した同軸の結合部によって結合されていて、円板の平坦な終端面の軸線方向間隔は、好ましくはピストンにおける磁石リングの軸線方向高さと等しい。磁石リングの軸線方向極性において位置センサーの円板を通して高い磁束密度と、位置センサーの確実な追従運動を強制する高い磁力作用が生じる。

位置センサーに設けた永久磁石装置として、有利なことに円板の結合部内に軸線方向で磁石リングと反対の極性を有するフェライトコアを設けることができる。

磁石リングをピストン材料に対して磁気的に切り離すために、有利な実施例において磁石リングは、非磁性材料からなる中間体を介してピストンと結合されている。この中間体は熱硬化性プラスチックによって形成され、好ましくは同様に非磁性であるねじでピストンに固持されてよい。

有利なことに、測定管は、一方の端部で例えばはんだ付け又は溶接によって一方のハウジングカバーと固く結合され、他方の端部で他方のハウジングカバーにあって外方に案内する貫通路内に突入係合し、貫通路内では管の開いた端部がハウジング内室に対して密封され、且つ変位測定装置に対する座部が形成されている。

前記ハウジングカバーの座部は、測定管の開いた端部を通り抜ける光学測定放射又は好ましくは超音波測定放射を送信及び受信するための送受信器を受容できる。

変位測定装置に対する座部は、オイル側作動室に隣接するハウジングカバーに設けることができる。有利にはそうすることによって変位測定装置の接続配線、及びこのハウジングカバーにある接続開口部と接続された、付属の油圧システムに続く配管も、アキュムレータハウジングの同一の側にある。

変位測定装置の座部を有するハウジングカバーと対向するハウジングカバーにおいて、測定管は周囲環境と連通することができる。耐圧に形成された測定管はそれにより無圧であるため、変位測定装置に対する座部をなす貫通路には特別手間のかかるシーリングは必要ない。無圧の測定管において実施された測定周期が終了した後で、変位測定装置をピストン型アキュムレータからその運転を中断することなく取り出すこともできる。

以下に本発明を図面に示した実施例に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明によるピストン型アキュムレータの実施例を短縮して示した縦断面図である。 図２は、第２の実施例を同様に短縮して示した縦断面図である。

図面に示した本発明によるピストン型アキュムレータは、全体を１で表すアキュムレータハウジングを有し、アキュムレータハウジングは図示された両実施例で主要部として中空円柱を形成する円筒管３を有する。この円筒管３は両端がそれぞれ１つのねじ込まれたハウジングカバー５及び７によって密閉され、それらの間でピストン９はハウジング長手軸線１１に沿って自由に移動できる。ピストン９は、圧縮可能な媒体として封入圧力下にある窒素などの作動ガスを受容するガス側作動室１３を、油圧オイルなどの圧縮不能な媒体を受容する作動室１５から分離している。この作動室１５を図示されていない付属の油圧システムと結合するために、オイル側作動室１５と隣接するハウジングカバー７内に、長手軸線１１と、ハウジングカバー７の半径方向外側にある端部との間の領域に配置された接続開口部１７が配置されている。ガス側作動室１３と隣接する反対側のハウジングカバー５には、長手軸線１１に対して同様に偏倚して封入路１９が設けられており、その外側端部には慣用的な方式の封入弁２１が配置され、これを通して作動室１３内に封入圧力下にある所定の封入量の作動ガスを導入できる。このガス側作動室１３と隣接するハウジングカバー５には、長手軸線１１に対して同軸に配置されて貫通開口部２７も形成されている。貫通開口部２７は、内方の拡張された孔部分２３を備える段差を付けた孔の形をしており、この孔部分２３は挿入された測定管２９の開いた端部２５に嵌合する座部をなし、この座部において測定管２９の開いた端部２５は隣接する作動室１３に対して密封されている。測定管２９はその対向する端部２６で、オイル側作動室１５に隣接するハウジングカバー７内の軸線方向貫通孔２８に突入係合している。孔２８は他方のハウジングカバー５における貫通開口部２７と同様に段差を付けており、測定管２９の端部２６は孔部分に嵌合して受容されており、この孔部分で密封要素１９及び２０が管端部２６を作動室１５に対して密封している。耐圧性の非磁性金属材料から作られた測定管２９は、そのガス側作動室１３に隣接するハウジングカバー５の孔部分２３内に座着している端部２５で、ハウジングカバー５にはんだ付け又は溶接２４に固持されている。測定管２９はアキュムレータハウジングの内部でその全長にわたって延びることができる。しかしまた、特に測定管２９の下端部でハウジングカバー５との軸線方向距離を維持して測定管２９を圧密に終了させる可能性もある。

測定管２９に対してピストン９内には中央連通路３１が形成されている。それ以外ではピストン９はこの種のアキュムレータピストンで慣用的な方式で構成され、その外周には図示されていないピストンシーリングのための深い環状溝３３及び３５、並びにこれらに対して軸線方向の両端部領域に向かって偏倚して同様に図示されていないガイドストリップのための浅い環状溝３７及び３９を有する。同様にこの種のピストンにおいて慣用的であるように、ピストン９はアキュムレータハウジング１内でガス側作動室１３に向けられたピストン側にポット状の円形凹部４１を有し、その平坦な底部４３はピストン９の軸線方向長さのほぼ半分の位置にある。連通路３１は、長手軸線１１に対して同軸に、底部４３を起点としてピストン端面側まで延びる貫通孔５１を有する。この孔は底部４３と隣接する孔領域に、環状体４５のための座部をなす円柱状拡張部５３を有し、環状体４５は孔５１に対して平行に延びるねじ４７によって拡張部５３に固持されている。

拡張部５３内に固持された環状体４５は、磁力を生み出す永久磁石装置のための支持体をなす。永久磁石装置の、測定管２９内で移動可能な位置センサー５７に作用する吸引力は、位置センサー５７を測定管２９内でピストン９の移動運動に追従するように強制する。図示された実施例では、ピストン９の永久磁石装置は、底部４３と合致する環状体４５の自由面に接着によって固持された磁石リング５５によって形成されている。磁石リング５５を金属製ピストン９から磁気的に切り離すために、ねじ４７と環状体４５は熱硬化性プラスチックからなる。

図１の実施例では、位置センサーは強磁性材料から一体的な環状体として形成され、この環状体は軸線方向で互いに反対側の両端部にそれぞれ１つの平坦な円板５８を有していて、その外径で位置センサーは測定管２９内を摺動可能に案内されている。円板５８は、直径が縮小された結合部５９を介して互いに一体的に結合されている。円板５８の軸線方向間隔は、円板５８の終端面が磁石リング５５の軸線方向終端面と合致するように磁石リング５５の軸線方向高さに適合されていることにより、磁石リング５５で最適な磁流が形成されている。位置センサーの円板５８の、測定管２９の端部６０に向けられた終端面は、端部２６から測定管２９内に進入する測定放射の反射面を形成する。

測定管２９の端部６０を受容するハウジングカバー７の段差を付けた孔２８は、ピストン９の連通路３１における孔５１の場合と同様に円柱状拡張部５４を有し、その内部にピストン９の連通路３１においてもプラスチック体として利用されるのと同じ環状体４５が受容されねじ４７で固定されている。環状体４５はハウジングカバー７において、測定管２９の挿入された端部セクションに嵌合する包囲枠を形成する。変位測定装置は超音波測定法のために送受信器６５を有し、この送受信器６５のために、孔２８の外側の拡張した孔部分６７が、オイル側ハウジングカバー７内で座部をなしている。この孔部分６７を起点として、超音波変換器は円板状ピエゾセラミック７８で管２９の端部領域内に進入して延びていて、位置センサー５７の向き合わされた円板５８の反射面との間隔を決定できるようになっている。

図２の実施例が図１と異なるのは、位置センサー５７の円板５８と一体的な結合部５９に代えて、円板５８の結合部として硬質磁性フェライト棒７１が使用されている点のみである。このフェライト棒７１は、その極性が磁石リング５５の軸線方向極性と反対になるように向けられているために、強い磁力作用が生み出され、それによりピストン９が移動運動する際に位置センサー５７の特に確実な追従が保証されている。

言うまでもなく、超音波測定法に代えて他の種類の測定放射、例えばレーザー光又は単色可視光を用いる光学的方法によって作業できる。測定区域がハウジング内室に対して絶縁されて測定管２９内に閉じ込められている場合は、測定過程は測定管２９の任意に選択された端部２５又は２６から実施できる。それゆえ送受信器６５は図示されているのとは異なりガス側ハウジングカバー５に配置することもできよう。貫通開口部２７の拡張された端面側孔部分７３が変位測定装置に対する座部をなすことができよう。

Claims (10)

1. 油空圧式ピストン型アキュムレータであって、前記油空圧式ピストン型アキュムレータは、長手軸線（１１）を規定する円筒管（３）を有するアキュムレータハウジング（１）を具備し、前記円筒管（３）はその両端部がそれぞれ１つのハウジングカバー（５、７）によって閉じられていて、その内部でピストン（９）が長手方向に移動可能であり、前記ピストン（９）は前記アキュムレータハウジング内で作動ガスなどの圧縮可能な媒体のための作動室（１３）を、油圧オイルなどの圧縮不能な媒体のための作動室から分離し、更に前記アキュムレータハウジング内の前記ピストン（９）の位置を非接触で決定する変位測定装置を具備している、油空圧式ピストン型アキュムレータにおいて、
   前記変位測定装置は非磁性測定管（２９）を有し、前記非磁性測定管（２９）は前記ピストン（９）内に形成された連通路（３１）を通り前記長手軸線（１１）に沿って一方の前記ハウジングカバー（５）から他方の前記ハウジングカバー（７）まで延びていて、前記アキュムレータハウジング（１）の内室に対して密封されており、前記非磁性測定管（２９）内で位置センサー（５７）が移動可能に案内されており、前記位置センサー（５７）と前記ピストン（９）との間で作用する磁力により前記非磁性測定管（２９）内でピストン運動に追従し、前記ハウジングカバー（５、７）の一方に前記変位測定装置の送受信器（６５）が配置されていて、前記非磁性測定管（２９）の開放端部（２５、２６）を通り抜ける測定放射を前記位置センサー（５７）に送信し、且つ前記位置センサー（５７）から反射された放射を受信することを特徴とする油空圧式ピストン型アキュムレータ。
2. 前記非磁性測定管（２９）内における前記位置センサー（５７）の追従運動を強制する磁力を生み出すために、前記ピストン（９）に永久磁石装置（５５）が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載のピストン型アキュムレータ。
3. 前記非磁性測定管（２９）内における前記位置センサー（５７）の追従運動を強制する磁力を生み出すために、前記位置センサー（５７）にも永久磁石装置（７１）が設けられていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のピストン型アキュムレータ。
4. 前記ピストン（９）に設けた永久磁石装置は、前記ピストン（９）の前記連通路（３１）に固持されて前記非磁性測定管（２９）を包囲する磁石リング（５５）を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のピストン型アキュムレータ。
5. 前記位置センサー（５７）は前記長手軸線（１１）に対して半径方向平面上に延びる２つの円板（５８）を有し、前記円板（５８）は半径方向内方に偏倚した同軸の結合部（５９；７１）によって、円板（５８）の平坦な終端面の軸線方向間隔が前記ピストン（９）における磁石リング（５５）の軸線方向高さと等しくなるように互いに結合されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のピストン型アキュムレータ。
6. 磁石リング（５５）は、非磁性材料からなる中間体（４５）を介して前記ピストン（９）と結合されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のピストン型アキュムレータ。
7. 前記非磁性測定管（２９）は、一方の前記開放端部（２５）で一方の前記ハウジングカバー（５）と固く結合され、他方の前記開放端部（２６）で他方の前記ハウジングカバー（７）にあって外方に案内する連通孔（２８）内に突入係合し、連通孔（２８）内では管（２９）の前記開放端部（２６）が前記アキュムレータハウジングの内室に対して密封され、且つ前記変位測定装置に対する座部（６７）が形成されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のピストン型アキュムレータ。
8. 前記ハウジングカバー（７）の座部（６７）は、前記非磁性測定管（２９）の前記開放端部（２６）を通り抜ける光学測定放射又は好ましくは音響測定放射を送信及び受信するための送受信器（６５）を受容することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のピストン型アキュムレータ。
9. 前記変位測定装置に対する座部（６７）は、オイル側作動室（１５）に隣接する前記ハウジングカバー（７）に設けられていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載のピストン型アキュムレータ。
10. 前記変位測定装置の座部（６７）を有する前記ハウジングカバー（７）と対向する前記ハウジングカバー（５）において、前記非磁性測定管（２９）は周囲環境と接続していることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載のピストン型アキュムレータ。

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