JP5864076B2 - ピストンシリンダユニット及びそれを備えるクレーン - Google Patents

Description

本発明は、クレーン、例えばトラッククレーン又はクローラクレーンにおいて、一般に使用されるピストンシリンダユニット及びそれを備えるクレーンに関する。

特にクレーン構造で、信号及び電気接続が遠くに位置付けされた場所へ導かれなければならない場合に、問題がしばしば起こる。これらの場所は、クレーンを支持するようなときに長さを変えることができる方法で、機械本体と接続されることがある。例えばクレーンを支持するときに、どの程度の垂直な力が支柱により吸収されるかを知りたいときがある。このために、対応するセンサが設けられている。１つのあり得る解決手段として、いわゆる支持脚の下端に、力センサが設けられる。これは、例えば、特許文献１に示されるように、力センサは、支持ビームと支持板との間に、又は、支持ビームの先に設けられている。また、特許文献２のように、スライドビームと支持板との間にケーブル接続部を設けることが知られている。

欧州特許第１ ３６６ ２５３号明細書 独国特許出願公開第１０ ３２ ０３ ８２号明細書

ピストンシリンダユニットに設けられるセンサは、トラッククレーン又はクローラクレーンで用いられるデータを、クレーンのコントローラに供給しなければならない。加えて、センサは、エネルギーを必要とする。従来の技術で用いられる接続には、ケーブルが一般にフリーに導かれて露出しているので損傷しやすいという大きな問題がある。接続ケーブルがトラッククレーン又はクローラクレーンの支持部において用いられる限り、この支持部が、スライドビームによって水平方向に、そして、支持シリンダによって垂直方向にそれぞれ移動され得ることは考慮されなければならない。

したがって、本発明の目的は、ピストンシリンダユニットに用いられるセンサが、安全で単純な方法でエネルギーを供給され、このセンサにより発生する信号が簡単に伝達されることができるようにすることにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、シリンダに可動に取り付けられるピストンロッドが連設されたピストンを有するピストンシリンダユニットが提案される。そこにおいて、ピストン及びピストンロッドは、電導接続が直接又は間接的になされ得る、少なくとも１つのロッドが伸出するキャビティを有するようにした。

好ましい本発明の態様は、以下のようにもなり得る。

すなわち、上記ピストンロッドは、長手方向に沿う少なくとも１つの部品において、絶縁体層で覆われ、その絶縁体層のロッド側に導電層が設けられ得る。

他の有利な態様によれば、ピストン及びピストンロッドのキャビティに、導電層が設けられたロッドが配置される。

本発明の他の有利な実施例によれば、電気コネクタを備えたロッドは、シリンダの上壁に取り付けられ、ピストンロッド及びピストンのキャビティに差し込まれることができ、このロッドは、ピストンロッドの導電層と電気的に導電接続される。この電気接続は、バネ式スリップ接続からなるものとすれば有利である。

電気コネクタを備えると共に、シリンダの上壁に取り付けられるロッドは、絶縁体層を備えることができる。そして、ピストン及びピストンロッドのキャビティに配置されるロッドが、シリンダの上壁に取り付けられる中空ロッドに差し込まれるようにしてもよい。

ロッドとシリンダ壁との間に電気絶縁が設けられることが望ましい。こうすれば、上記シリンダに発信されている電圧なしで、電圧をロッドに印加することができる。

ピストンロッドの電導部分に少なくとも１つのセンサを配置することができ、それは導電体を介して電気を供給され得る。

少なくとも１つのセンサが測定した値は、エネルギー供給の電圧変調を経て現存のコントローラに送り届けられ、そのコントローラによって評価され得るのが望ましい。

他の有利な本発明の態様によれば、差し込まれたロッドの導通が電導領域を去ると中断されるように、絶縁体層上の導電層は、ピストンロッドの一部分の長さ（ａ）のみを覆い、この電導領域を去ることがコントローラにより検出される。

この場合、導電層は適切な長さに設定される。ここで、ピストンがシリンダから引き出され過ぎると、ロッドと導電層との接触は中断される。ピストンロッドが、この電導領域を去った場合、コントローラはシリンダ内部の少なくとも１つのセンサからの信号をもはや受信しない。そのとき、現存のコントローラによって、特定のルーチンが起動され得る。例えば、警報又は運動停止の形でコントローラに介入することさえも出力される。それにより、単純な方法で、ピストンシリンダが「底を打つ」ことを防止することができる。トラッククレーン又はクローラクレーンの支持部でピストンシリンダユニットを使用するときには、クレーン操作者によってシリンダを伸長し過ぎてストロークエンドに到り、ピストンがシリンダ端面に当たるので、ピストンシリンダユニットが容易に「底を打つ」ことが多い。

一方では、クレーン操作者は、「底を打つ」状態までのわずかな手前までピストンを伸ばすことができるが、支持が低温で遂行された場合、例えば、その後強い加熱が日光への暴露のため発生し、シリンダ内の作動油が、ピストンロッドが更に押し出されるほど膨張して、結果として「底を打つ」ことがあり得る。このいわゆる「底打ち」防止は、上述した上記長さをモニタすることによって防止される。

他の有利な本発明の態様によれば、中央演算処理装置（ＣＰＵ）が連結された光学変位センサを設けてもよく、それによって、その下流のセンサに電圧が供給されるようにしてもよい。変位センサは、センサにより変調された電圧を取り上げることができて、それ自身の測定結果の他にもバス接続を介して変調された電圧を主コントローラに提供することができる。例えばセンサは、トラッククレーンの支持装置の支持板の支持力を測定するものでもよい。

トラッククレーンの支持部に接続された本発明のピストンシリンダユニットを使用する様子を示す背面図である。 図１に示されたピストンシリンダユニットを例示する断面図である。 図２の詳細図である。 図２の他の模式的な詳細図である。 伸長位置における、本発明のピストンシリンダユニットの別の実施例を示す断面図である。 収納位置における、図５の実施形態を示す断面図である。

本発明の更なる詳細及び効果は、以下の図面において例示される実施形態に関して詳細に説明される。

図１は、伸縮可能なスライドビーム１２を有するトラッククレーン１０を示す。伸縮可能なスライドビーム１２は、その自由端に支持板１６が地上で支持（接地）するために配置されるピストンシリンダユニット１４を備えている。その支持力を検出するために、力センサ１８がピストンシリンダユニット１４に配置されている。例えば、図２〜図４に示すように、ピストンシリンダユニット１４が構成されている。すなわち、ピストンシリンダユニット１４は、シリンダ１００、ピストン１１０及びこのピストン１１０に連設されたピストンロッド１２０を備えている。支持板１６及び支持力を測定するための力センサ１８は、図２に示すように配置されている。

シリンダ１００の上壁に、電導ロッド１３０が取り付けられ、その先端がシリンダ１００の下壁から外側へ伸びている。例えば、図４に示すように、シリンダ１００の上壁の外側でロッド１３０が電気コネクタ１３２と接続されている。シリンダ１００とロッド１３０のシリンダ１００側の壁との間には、電気絶縁１３１が設けられている。

ピストン１１０及びピストンロッド１２０は、図２及び図４に示されるようにロッド１３０が差し込まれる貫通孔１０３又はキャビティ１０４をそれぞれ有する。ピストンシリンダユニット１４の運転性確保のために、もちろん意図された圧力範囲以上のピストンロッド１２０の作動油に対し、堅固さが確実に保たなければならない。上述した通りに、シリンダ１００とロッド１３０との接続に関しても、この堅固さが必要である。一方で、作動油そのものが電気的に非伝動であるために、作動油に対する絶縁は必要ではない。

ロッド１３０は、ピストン１１０の貫通孔１０３を通り、ピストンロッド１２０のキャビティ１０４に突出する。キャビティ１０４は、ピストンロッド１２０が管でできているか、又は特に切削等により設けられるかのいずれにせよ存在する。ロッド１３０は、シリンダ１００内のシリンダ空間１０２と、ピストンロッド１２０の凹部（キャビティ１０４）とに対応した長さを有する。すなわち、ピストンロッド１２０の完全な伸長状態及び完全な縮小状態のいずれの場合でも、ロッド１３０はキャビティ１０４内に突出する。

図４からわかるように、ピストンロッド１２０の内部（貫通孔１０３及びキャビティ１０４）には、絶縁体層１２１が設けられている。この絶縁体層１２１には、その内側に導電層１２２が特定長ａに沿って設けられている。これら導電層１２２及び絶縁体層１２１の両方をさまざまな方法でピストンロッド１２０の内部に設けることができる。例えば、円筒状又は平坦な材料を設けてもよい。これらの層を蒸着、電気方法等によって設けることもできる。本発明によれば、これらの層の製造方法は、重要でないが、ここでは２つの電気的に別々の極が、ピストンロッド１２０の内部及び上部にそれぞれ設けられることが、本発明のために必要である。

ロッド１３０と導電層１２２との間で、例えばスリップ接続などの接続が行われる。この接続は、図４に両矢印９０によって簡略化された形で示される。同じことが、バネ式スリップ接続によって遂行され得ると有利である。スリップ接続９０は、導電層１２２又はロッド１３０のいずれに取り付けられてもよい。スリップ接続９０が、ロッド１３０の追加ベアリングとして役立つこともできると有利である。スリップ接続９０は、ロッド１３０が特に短くされ得るように、ピストン１１０の高さで設けられてもよい。

ここで、上述した構造のため、２つの別々の導体がピストンロッド１２０の終端に設けられる。一方は、ピストンロッド１２０自体であり、他方は、導電層１２２である。これらの２つの導体に、力センサ１８のような、１つ又は複数のセンサを接続することができる。このような方法で、少なくとも１つのセンサにエネルギーを供給することができる。

ここではより詳細に示さないが、本発明の別の実施例によれば、２本のロッドを１本のロッド１３０の代わりに用いることもできる。

少なくとも１つのセンサのためのエネルギー供給だけでなく、もちろんセンサによって発生するデータも現存のコントローラに送り届けられなければならない。一方では、これは、遠隔データ伝送によって周知の方法で非接触で遂行することもできる。しかしながら、この場合、更なる構成要素を設けなければならない。あるいは、エネルギー供給の電圧を、それぞれの信号に対応する特に有利な方法で変調させることができる。この変調は、コントローラにより取り上げられて評価される。この方法では、上述した遠隔データ伝送においてよりも、明確により少なく、より高価でない構成要素しか必要としない。原則として、この種の変調は、当業者にすでに知られている。

図３はピストン１１０の詳細を示し、それはシール１１１，１１２を介してシリンダ１００の内壁に載置されている。シール１１１，１１２は、絶縁体で構成することができる。その結果、バネ式スリップ接続１１３は、安全な電導接続を生じさせることができる。

図４において、ピストン１１０のシリンダ１００からの過剰な伸長を防ぐための監視回路が作製されるように、また、同時にいわゆる「底打ち」が生じないように、導電層１２２の長さが選択されている。ピストン１１０が伸長され過ぎると、ロッド１３０と導電層１２２との間の電導接続がなくなる。ピストンロッド１２０が定義された領域（導電層１２２のある領域）を去った場合、図示しないコントローラは、支持板１６の力センサ１８から信号をもはや受信しない。このような特定のルーチンを起動することができる。導電層１２２の適切な配置と安全距離調整とを行うことにより、防止すべき「底打ち」を単純で効果的な方法で除外することができる。コントローラは、シリンダ１００がどの方向に移動しているかについて認知しているので、シリンダ１００がどちら側の許容領域を去ったかを検知することもできる。図４に示すように、絶縁体層１２１ａによる経路限定の第１の可能性及び絶縁体層１２１ｂによる経路限定の第２の可能性が実現されている。移動可能な経路は、スリップ接続９０のために自由にアクセス可能な経路(特定長ａ)により定められる。

上述した本実施形態のピストンシリンダユニット１４は、図１に示すように、特にトラッククレーン１０の伸縮可能なスライドビーム１２の支持部に配置されると有利である。それ自体公知の光学センサ１４１は、スライドビーム収納部１４０で、すなわち支持部の動かない部分に配置されるのが望ましい。それから、対応する反射器１４２は、スライドビーム１２に配置されている。光学センサ１４１及び反射器１４２は、無線で接続され、スライドビーム１２の伸縮長さを検出する。このように、トラッククレーン１０の安全な支持のために関連した、この更なるパラメータを測定することもでき、コントローラに送り届けることもできる。図１に示すように、単一線１４３’だけが電気的な接続のためにスライドビーム１２において必要とされる。単一線１４３’は、光学センサ１４１で始まる。加えて、光学センサ１４１は、力センサ１８の、そして、おそらく現存の更なるセンサの信号をピストンシリンダユニット１４から拾うことができるＣＰＵを更に備え、このＣＰＵが、センサ信号を処理し、それ自身のバス接続１４４を介してクレーンのコントローラ（図示せず）に、センサ信号を供給する。

図５及び図６において、本発明の他の実施形態が示される。ここでは、他の架設されたピストンシリンダユニット１４が示されており、地面の支持（接地）のための支持板１６が取り付けられていない。ここでは同様に、ピストンシリンダユニット１４は、シリンダ１００及びこのシリンダ１００に連設されたピストンロッド１２０を備えている。ここでは同様に、ロッド１３０は、シリンダ１００の上壁に取り付けられている。

ピストンロッド１２０及びこのピストンロッド１２０に連設されたピストン１１０は、それぞれ貫通孔１０３又はキャビティ１０４を有し、この中にもう１つのピストン側ロッド１３５が配置されている。図５及び図６に示すように、このピストン側ロッド１３５はシリンダ１００に取り付けられたロッド１３０のキャビティ１０５内に伸びている。ピストン側ロッド１３５には、スリップ接続１３７が配置されている。

シリンダ１００の孔１３９を経たロッド１３０に対する電力供給を、より詳細にここで示されない方法で遂行することができる。

第２の電気的接点１４１は、シリンダ１００とピストンロッド１２０との間で実現される。ここで、図示しない接点ピンが、シリンダ空間１０２（すなわち高圧）の近くではなく、リング面１４３（すなわち低圧）の近くで設けられていると有利である。

本発明によれば、上述した構造の多くの変形が可能である。

例えば、ピストン１１０に、図２に示すようなピストンロッド１２０の内径よりも小さな貫通孔を作ることができる。そして、電気的に絶縁された滑り溝だけでなく、電気的に絶縁されたシールが、ピストン１１０とロッド１３０との間に設けられてもよい。これにより、ピストンロッド１２０の空間を、作動油からフリー、すなわち圧力からフリーに構成することができる。そのことは、基本的に技術的な実現を単純化させることができる。

本発明によれば、図２に図示された構成は、より大きなロッドがシリンダの上端に取り付けられ、ピストンを通ってピストンロッド側へ突出するように変形してもよい。そして、ピストンと、より大きなロッドとの間には、シールが設けられ、その結果、ピストンロッドの空間（キャビティ）へは、もはや油を装填されない。ピストンロッドの一番下から、より小さいロッドは、より大きなロッド側に突出できる。この代わりの構造において、図４に示された接触面が大きなロッド側に配置される。

一方では、支持力を測定するための力センサ１８はエネルギーを供給されなければならず、他方では、その測定結果はコントローラに送り届けられなければならない。力センサがＬＳＢバス互換の変換器であるときに、これらの要求をデジタル信号トランスミッションを有するケーブルにより満たすことができる。このために、記憶コンデンサが力センサ１８の近くに取り付けられる。そして、ＬＳＢバスを介して、コンデンサは、電圧が印加される位相の間、装填され、電圧が印加されない位相の間、放出される。それから、コンデンサは、力センサ１８に必要な力を供給する。コンデンサの静電容量は、力センサ１８の電力消費に、そして、ＬＳＢバスのトランスミッション・プロトコルの無効位相の最大の継続時間まで適合されなければならない。すでに上述したように、信号トランスミッションが遂行される。

１４ ピストンシリンダユニット
１８ 力センサ
１００ シリンダ
１０４ キャビティ
１１０ ピストン
１１３ バネ式スリップ接続
１２０ ピストンロッド
１２１ 絶縁体層
１２２ 導電層
１３０ ロッド
１３１ 電気絶縁
１３２ 電気コネクタ
１３５ ピストン側ロッド
１３７ スリップ接続
１４１ 光学センサ（第２の電気的接点）
１４４ バス接続

Claims (3)

1. シリンダに可動に取り付けられるピストンロッドが連設されたピストンを有するピストンシリンダユニットにおいて、
   上記ピストン及び上記ピストンロッドは、電導接続が直接又は間接的になされ得る、少なくとも１つの電導ロッドが伸出するキャビティを有し、
   上記ピストンロッドは、長手方向に沿う少なくとも１つの部分において、絶縁体層で覆われ、該絶縁体層の上記電導ロッド側に導電層が重ね合わせて設けられ、
   上記ピストンロッドの導電層に、少なくとも１つのセンサが配置され、
   上記センサには、上記導電層を介して電気が供給されるように構成されており、
   差し込まれた上記電導ロッドの導通が電導領域を去ると中断されるように、上記絶縁体層上の上記導電層は、上記ピストンロッドの長手方向の一部分のみを覆い、
   上記電導領域を去ることが、コントローラにより検出される
   ことを特徴とするピストンシリンダユニット。
2. 請求項１に記載のピストンシリンダユニットを備えるクレーンにおいて、
   伸縮可能なスライドビームと、
   上記スライドビームを収容するスライドビーム収納部と、
   上記スライドビーム収納部に設けられ、上記スライドビームの伸縮長さを検出すると共に中央演算処理装置に結合される光学の変位センサと、
   上記ピストンロッドの導電層に設けられ、該ピストンロッドの支持力を測定する力センサとが設けられ、
   上記中央演算処理装置は、上記力センサのセンサ信号を処理し、それ自身のバス接続を介してそれ自身の測定結果の他にもクレーンの主コントローラに、センサ信号を供給するように構成されている
   ことを特徴とするクレーン。
3. 請求項２に記載のクレーンにおいて、
   上記力センサは、ＬＳＢバス互換変換器であり、該力センサに記憶コンデンサが接続され、
   エネルギーの伝達と測定値の伝達とがケーブルを介して遂行される
   ことを特徴とするクレーン。

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