NO884683L - En hydraulisk sylinder med innebygget elektrisk stempelposisjonsindikator. - Google Patents

Description

En Hydraulisk Sylinder Med Innebygget Elektrisk

Stempelposisjonsindikator.

Teknisk Område.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en hydraulisk sylinder med innebygget elektrisk stempelposisjonsindikator, omfattende to innbyrdes bevegelige deler, og innrettet for overføring av et elektrisk signal svarende til den innbyrdes posisjon av delene.

Bakgrunnsteknikk.

Der er kjent flere typer av hydrauliske sylindre av denne type, som omfatter innebygde stempelposisjonsindikatorer som overfører et signal svarende til posisjonen av stempelet i sylinderen. En av disse sylindre omfatter et hus som innbefatter to koaksialt forløpende rør anordnet med en induktansspole mellom seg. Stempelet i den hydrauliske sylinder virker derved som en kjerne, idet induktansspolen overfører elektriske signaler svarende til kjernens posisjon. Imidlertid er det en betingelse at det indre rør i huset av den hydrauliske sylinder er tildannet av et ikke-elektrisk ledende materiale. For å kunne tåle de normale arbeidstrykk på 2-300 bar inne i de hydrauliske sylindre og trykktopper på opptil 6-

800 bar, er det nødvendig å fremstille det indre rør med en stor tykkelse, noe som øker dimensjonene av sylinderen i vesentlig grad. Når induktansspolen og det ytre rør øker dimensjonene for sylinderen, vil dessuten denne sylinder ha en stor diameter som er ute av propor-sjoner, sammenlignet med den aktuelle diameter av stempelet, og følgelig sammenlignet med sylinderens aktuel-

le effekt. Dessuten vil disse sylindre være meget sen-sitive like overfor støysignaler fra utsiden, noe som kan bevirke en ikke-korrekt tilbakemelding fra stempel-posis jonsindikatoren . I verste tilfelle vil sistnevnte bevirke sammenbrudd av det utstyr som har den hydrau-

liske sylinder bygget inn i seg.

Beskrivelse av Oppfinnelsen.

Hensikten med den foreliggende oppfinnelse er å skaffe en hydraulisk sylinder av den innledningsvis angitte art, som kan motstå de høye arbeidstrykk som vanligvis påføres hydrauliske sylindre, uten at der involveres store ytterdia-metere sammenlignet med tilsvarende sylindre som ikke har innlemmet innbyggede posisjonsindikatorer, og som dessuten er pålitelige under bruk og rimelige å fremstille.

Den hydrauliske sylinder i henhold til oppfinnelsen erkarakterisert vedat den elektriske stempelposisjonsindikator strekker seg gjennom en langsgående åpning i stempelstangen og stempelet av den hydrauliske sylinder, og at en bevegelig del av stempelposisjonsindikatoren er forbundet med huset for den hydrauliske sylinder og den annen bevegelige del er forbundet med stempelstangen for den hydrauliske sylinder, eller vise verca. På denne må-te skaffes der en hydraulisk sylinder som omfatter en innebygget stempelposisjonsindikator, idet hverken sylinderen eller stempelposisjonsindikatoren blir påvirket av de hø-ye arbeidstrykk som vanligvis påtrykkes hydrauliske sylindre. Samtidig er den hydrauliske sylinder av hverken større ytre dimensjoner eller fremstilt av andre eller sterkere materialer enn ved en tilsvarende sylinder som ikke innbefatter en innebygget posisjonsindikator. Det elektriske signal som overføres av posisjonsindikatoren blir dessuten ikke forstyrret av elektriske støysignaler fra utsiden.

Den elektriske posisjonsindikator overfører konstant et elektrisk signal svarende til den aktuelle posisjon av den hydrauliske sylinder inne i syUnderhuset. Når sy-linderstempelet beveger seg en kort distanse ut fra en av sine ytterposisjoner i syUnderhuset, vil den bevegelige del av stempelposisjonsindikatoren - idet nevnte del er forbundet med stempelstangen - bevege seg en tilsvarende distanse fra et referansepunkt, og stempelpo-sis jonsindikatoren overfører et elektrisk signal av en størrelse svarende til den distanse som stempelet har beveget seg. En enkel signalbehandling av det signal som overføres av posisjonsindikatoren, i et konvensjonelt sig-nalbehandlingsutstyr, f.eks. en PLC-styring eller en industriell mikrodatamaskin, tillater en enkel bestemmelse av stempelets posisjon inne i sylinderen. Signalbehandlingsutstyret kan samtidig overføre en tilbakemelding til andre styreorganer, f.eks. for styring av det hydrauliske fluidum. Mikrodatamaskinen kan således forhåndsprogrammer-es for å sikre at den hydrauliske sylinder utfører en de-taljert bvegelsessekvens som er bestemt på forhånd.

I henhold til oppfinnelsen kan den elektriske stempelposisjonsindikator være en induktiv posisjonsindikator, idet to innbyrdes bevegelige deler av indikatoren fortrinnsvis er tildannet av en kjerne som er tildannet av et elektrisk ledende materiale og et rørformet hus, idet en induksjonsspole strekker seg i hele lengden av det rørformede hus, hvilket innebærer at kjernen kan resiprosere fritt i nevnte induksjonsspole. Slike posisjonsindikatorer er spesielt pålitelige og nøyaktige, og det elektriske signal for posisjonsindikatoren blir ytterligere behandlet på en spe-siell enkel måte i signalbehandlings- eller justeringsut-styret.

I henhold til oppfinnelsen kan huset for posisjonsindikatoren dessuten være forbundet med huset for den hydrauliske sylinder, fortrinnsvis ved hjelp av en trykk- og fluidumtett forbindelse i endedekslet av den hydrauliske sylinder, og kjernen hos posisjonsindikatoren kan være forbundet med stempelstangen for den hydrauliske sylinder, fortrinnsvis ved hjelp av en stang som er skrudd inn i det ytre festeorgan som er fiksert på enden av stempelstangen hos den hydrauliske sylinder. På denne måte skaffes der en spesielt enkel sikring av posisjonsindikatoren, idet det er spesielt lett og raskt å erstatte nevnte indikator, f.eks. ved en ettersynskontroll. Som et resultat kan de føringer som alltid strekker seg ut av den ene ende av posisjonsindikatorens hus, på en enkel måte strekke seg utover direkte mot endedekslet av sylinderen, idet huset for posisjonsindikatoren er fastgjort i den hydrauliske sylinders endedeksel.

I henhold til oppfinnelsen kan posisjonsindikatorens hus dessuten strekke seg inn i den hydrauliske sylinders ende-deksler, slik at kjernens bevegelse blir begrenset til et område i posisjonsindikatorens hus anordnet på avstand fra endene av posisjonsindikatoren. På denne måte kan kjernen bare bevege seg på innsiden av det mest nøyaktige måleareal av posisjonsindikatoren, idet kjernen aldri beveger seg i måleområdene ved endene av posisjonsindikatoren, som med hensyn til induktive posisjonsindikatorer ut-gjør de mest unøyaktige eller "ikke-lineære" områder.

I henhold til oppfinnelsen kan åpningene i stempelet i den hydrauliske sylinder dessuten være trykk- og væsketett avlukket mot det indre av sylinderen, fortrinnsvis ved hjelp av pakninger mellom stempelet og posisjonsindikatorens hus. På denne måte kan posisjonsindikatorens område - hvori stempelstangen strekker seg gjennom huset - ikke bli påvirket av trykket og fluidet i den hydrauliske sylinder.

I henhold til oppfinnelsen kan sylinderen dessuten være forsynt med en eller flere elektriske posisjonsindikatorer, slik at hver indikator indikerer en forhåndsbestemt posisjon av stempelet, og de elektriske signaler som over-føres av disse posisjonsindikatorer, kan samvirke med signalet for stempelposisjonsindikatoren for oppnåelse av en kalibrering eller nullstilling av stempelposisjonsindika-torens signal hver gang stempelet i den hydrauliske sylinder befinner seg i en av disse forhåndsbestemte stem-pelposis joner . Som et resultat gir dette en spesielt nøyaktig måling av stempelposisjonen fordi signalet fra stempelposisjonsindikatoren blir kalibrert hver gang stempelet for den hydrauliske sylinder befinner seg ved

en av de forhåndsbestemte stempelposisjoner.

I henhold til oppfinnelsen vil sluttelig de elektriske po-sis jonsindikatorer dessuten kunne være induktive følere som er anordnet i åpninger i endedekslene av sylinderen, idet åpningene er trykk- og fluidumtett avlukket mot det indre av sylinderen. På denne måte blir sylinderen spesielt enkel å fremstille, og de signaler som overføres av de induktive følere, er spesielt passende for samvirke med de signaler som overføres av de andre elektriske po-sis jonsindikatorer .

Kort Omtale av Tegningsfigurene.

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet i det følgende under henvisning til de vedføyde tegningsfigurer. Figur 1 er et aksialt snitt gjennom en utførelsesform for en hydraulisk sylinder i henhold til oppfinnelsen, omfattende en innebygget induktiv stempelposisjonsindikator, idet de induktive følere er plassert i åpninger i hvert endedeksel av sylinderen. Figur 2 anskueliggjør den induktive stempelposisjonsindikator i henhold til figur 1, delvis i snitt. Figur 3 anskueliggjør i større målestokk en del av en annen utførelsesform for hydraulisk sylinder i henhold til oppfinnelsen.

Beskrivelse av Foretrukne Utførelsesformer for Oppfinnelsen.

Den hydraliske sylinder 1 på figur 1 omfatter et sylinderhus 3, et endedeksel 4, 5 fastholdt til hver ende av sylinderhuset 3, fortrinnsvis ved hjelp av liming eller sveising, samt et stempel 6 som foreligger i sylinderhuset 3 og er montert på en stempelstang 7 som strekker seg gjennom en gjennomgående åpning i det ene endedeksel 4. Sylinderen 1 har en slaglengde A og er vist med stempelet i bunnstillingen. Endedekselet 5 av sylinderen 1 og enden av stempelstangen 7 motsatt stempelet er fortrinnsvis ved hjelp av sveising forsynt med ytre sikringsringer 8 og 9 for ytre sikring av sylinderhuset 3 og stempelstangen 7. Den hydrauliske sylinder 1 er dessuten forsynt med inn- og utporter 10, 11 for hydraulisk fluidum, f.eks. olje, slik at den resiproserende bevegelse av stempelet 6 gjennom sylinderen 1 kan styres. Dessuten er stempelet

6 forsynt med en eller flere omkrets-uttagninger 12 som er innrettet til å motta ringer, fortrinnsvis av gummi for avtetning mot innerflaten av sylinderhuset 3. Stempelstangen 7 strekker seg gjennom en av endedekslene 4

av sylinderen 1, idet dette endedeksel 4 også er forsynt med en eller flere omkrets-uttagninger 13 som mottar gummiringen, slik at det indre av sylinderen blir luk-

ket trykk- og fluidumtett.

Stempelstangen 7 er fortrinnsvis et stålrør hvorigjennom der strekker seg en stempelposisjonsindikator 20, se figur 1 og 2. Stempelposisjonsindikatoren hos en fordelaktig utførelsesform i henhold til oppfinnelsen, utgjør en induktiv posisjonsindikator 20 omfattende et ytre hus 21

i form av et stålrør. Den induktive posisjonsindikator omfatter dessuten en stang 28 som strekker seg fra den ene ende av huset 21. Den ytre ende av denne stang 28

er forsynt med gjenger 29, og den indre ende er forsynt med en kjerne 22 av et elektrisk ledende materiale. En induksjonsspole 23 strekker seg oppover langs innerflaten av huset og langs hele utstrekningen av huset 21. Elektriske signaler med volumer som svarer til distansene B eller C av kjernen 22 fra forhåndsbestemte referanse-posisjoner, blir overført av posisjonsindikatoren 20 gjennom føringer 27 som reaksjon på posisjonen av kjern-

en 22 i nevnte posisjonsindikator. Den induktive posisjonsindikator 20 er fortrinnsvis av den type som er om-talt i dansk patentsøknad nr. 335/85.

Ved den foretrukne utførelsesform for den hydrauliske sylinder 1 i henhold til oppfinnelsen er huset for posi sjonsindikatoren 20 fastgjort ved hjelp av en Seeger-ring 25 i endedekselet 5 og er trykk- og fluidumtett avlukket deri ved hjelp av en pakning 26. Stangen 28 av posisjonsindikatoren 20 er skrudd inn i sikringsorganet 8 ved hjelp av den gjengeforsynte forbindelse 29, idet sikringsorganet 8 er fastholdt på den ytre ende av stampelstangen 7. Når stempelet 6 av sylinderen 1 beveger seg en kort distanse inne i sylinderen 1, dvs. den totale slaglengde A, vil kjernen 22 av stempelposisjonsindikatoren 20 bevege seg en tilsvarende distanse inne i huset 21. Stempelposisjonsindikatoren 20 overfører derfor et elektrisk signal med en størrelse svarende til den tilbakelagte distanse for stempelet 6 i den hydrauliske sylinder 1, f.eks. ut av sin bunnstilling.

Ved den fordelaktige utførelsesform for en hydraulisk sylinder 1 som er vist på figur 1, er de induktive følere 15 forsynt med gjennomgående åpninger 18 i endedekslene 4, 5 av sylinderen 1. Stempelet 6 i sylinderen 1 er dessuten tildannet fullstendig eller delvis av et elektrisk ledende materiale. Åpningene 18 er trykk- og fluidumtett avlukket mot det indre av sylinderen 1 ved hjelp av fortrinnsvis keramiske plater, f.eks. som om-talt i dansk utlegningsskrift 150 225. Figur 3 viser hvordan den keramiske plate 17 er plassert i endedekselet 5 . De induktive følere 15 utsender et magnetisk felt som strekker seg gjennom de keramiske plater 17 og inn i det indre av sylinderen 1. Magnetfeltet blir endret når stempelet 6 kommer inn i dette, og blir plassert u-middelbart i nærheten av sin ytterposisjon ved endedekslet 4 eller 5. Sistnevnte bevirker overføring av et endret elektrisk signal fra føleren 15.

Slik det fremgår av figurene 1 og 3, strekker føringene eller lederne 16 og 2 7 seg fra henholdsvis de induktive følere 15 og stempelposisjonsindikatoren 20, og ut av endedekslene 4 og 5 fra sylinderen gjennom åpningene 18. Lederne 16 og 27 er eventuelt forbundet via et grense- snitt eller en signalforsterker med en signalbehandlings-eller prosess-styreinnretning, f.eks. en PLC-styring, IPC-styring, en PC eller en industriell mikrodatamaskin. Hver gang stempelet 6 befinner seg ved en av sine ytterposisjoner ved endedekslet 4 og 5, vil det endrede elektriske signal som utsendes av de induktive følere 15, bli benyttet til å bevirke en meget nøyaktig nullstilling eller kalibrering av signalet fra induktans-stempelposisjonsindikatoren 20. På denne måte er det aldri nødvendig å

måle direkte på sylinderen for å bestemme den nøyaktige stempelposisjon. Det kan også tenkes en ekstra sikker-het ved at et utvetydig signal uavhengig av stempelposisjonsindikatoren blir utsendt hver gang stempelet 6 befinner seg ved en av sine ytterposisjoner.

Figur 3 anskueliggjør en utførelsesform som i det vesent-lige svarer til utførelsesformen vist på figur 1, bort-sett fra det trekk at omkretssporene er tildannet på innersiden av stempelstangen 7 eller stempelet 6. Der er plassert pakninger 14 i disse uttagninger, og disse lukker trykk- og fluidumtett mot det indre av sylinder-

en 1. På denne måte vil arealet av stempelposisjonsindikatoren 20 - hvor stangen 28 forlater huset 21 - ikke væ-re påvirket av trykket eller den olje eller fluidum som befinner seg i sylinderen 1. På figur 3 er huset 21 av stempelposisjonsindikatoren 20 dessuten vist i en posisjon hvor det er sikret i det ene endedeksel 5 ved hjelp av to skruer 24.

Ved utførelsesformen ifølge figur 1 vil stempelposisjonsindikatoren 20 dessuten strekke seg en distanse inn i endedekslet 5 og gjennom endedekselet 4. På denne måte vil kjernen 22 av stempelposisjonsindikatoren 20 resiprosere bare inne i et areal svarende til distansen A og kan i det hele tatt ikke bevege seg inn i ytterområdene for stempelposisjonsindikatoren 20. Som et resultat oppnår man en best mulig målenøyaktighet for den induktive po-sis jonsindikator 20, idet det er generelt annerkjent at den mest nøyaktige måling av lengde av disse posisjonsindikatorer utgjør tilnærmet 70% av det midtre av målelengden. Utenfor denne lengde er lineæriteten mellom det signal som overføres, og den målte distanse i betydelig grad avtagende.

Den hydraliske sylinder 1 i henhold til oppfinnelsen kan på en spesielt fordelaktig måte inkorporeres i male-roboter, sveise-roboter, andre tilsvarende typer av bear-beidings- eller verktøymaskinerier, eller maskineri som f.eks. utfører en programmert bevegelsessekvens. Mange av disse anvendelser innebærer at stempelet 6 i sylinderen beveger seg konstant forskjellige distanser ut av og tilbake til bunnposisjonen. Man oppnår derved en umiddelbar fordel ved at induktansføleren 15 overfører endrede elektriske signaler, idet disse signaler blir benyttet for kalibrering av målelengden av den induktive posisjonsindikator 20 hver gang stempelet 6 retur-nerer til bunnposisjonen. Denønskede bevegelsessekvens kan programmeres i signalbehandlingsutstyret, f.eks. mikrodatamaskinen som derved overfører signalene til ytterligere utstyr, f.eks. det hydrauliske utstyr, hvilket tillater at det hydrauliske fluidum strømmer til porten 11 når stempel 6 befinner seg i bunnposisjonen, og på motsatt måte tillater hydraulisk fluidum å strømme til porten 10 når stempelet 6 har beveget seg en vilkårlig forhåndsbestemt distanse svarende til det elektriske signal mottatt fra den induktive posisjonsindikator 20.

Det skal ytterligere understrekes at den hydrauliske sylinder 1 i henhold til oppfinnelsen hverken har større ytterdimensjoner eller er tildannet av andre eller sterkere materialer enn en vanlig hydraulisk sylinder omfattende hverken innebygget stempelposisjonsindikatorer eller induktive følere. Resultatvis gir dette at sylinderen samtidig er rimelig, rask og lett å fremstille.

Imidlertid kan der tenkes en rekke utførelsesformer som ligger innenfor oppfinnelsens omfang. Andre typer av elektriske stempelposisjonsindikatorer kan f.eks. benyttes, f.eks. en kondensator innbefattende bevegelige elektroder, eller de elektriske posisjonsindikatorer som indikerer forhåndsbestemte stempelposisjoner, idet disse kan bygges inn i sylinderen eller være plassert på yttersiden av disse på andre lokasjoner enn ved endedekslene.

Claims (7)

1. Hydraulisk sylinder (1) med en innebygget elektrisk stempelposisjonsindikator (20) omfattende to innbyrdes bevegelige deler (21, 22) og innrettet for overføring av et elektrisk signal svarende til den innbyrdes posisjon av delene,karakterisert vedat den elektriske stempelposisjonsindikator (20) strekker seg gjennom en langsgående åpning (7a) i stempelstangen (7) og stempelet (6) i den hydrauliske sylinder (1), og at en bevegelig del (21, 22) av stempelposisjonsindikatoren er forbundet med huset (3) for den hydrauliske sylinder, og den annen bevegelige del (22, 21) forbundet med stempelstangen (7) for den hydrauliske sylinder, eller vise verca.

2. Hydraulisk sylinder som angitt i krav 1,karakterisert vedat den elektriske stempelposisjonsindikator (20) er en induktiv posisjonsindikator, hvor de to bevegelige deler (21, 22) av indikatoren fortrinnsvis er tildannet av en kjerne (22) som er formet av et elektrisk ledende materiale og et rørformet hus (21), idet en induksjonsspole (23) strekker seg i hele lengden av det rørformede hus, slik at kjernen (22) til-lates å resiprosere fritt i nevnte induksjonsspole.

3. Hydraulisk sylinder som angitt i krav 1 eller 2,karakterisert vedat huset (1) for po-sis jonsindikatoren (20) er forbundet med huset (3) av den hydrauliske sylinder (1), fortrinnsvis ved hjelp av en trykk- og fluidumtett forbindelse (26) i endedekselet (5) av den hydrauliske sylinder (1), og at kjernen (22) av posisjonsindikatoren er forbundet med stempelstangen (7) for den hydrauliske sylinder (1), fortrinnsvis ved hjelp av en stang (28) som er skrudd inn i det ytre sikringsorgan (8) som er fiksert på enden av stempelstangen (7) for den hydrauliske sylinder (1) .

4. Hydraulisk sylinder som angitt i krav 2 eller 3,karakterisert vedat huset (21) for po-sis jonsindikatoren (20) strekker seg inn i endedekselet (4, 5) av den hydrauliske sylinder (1), slik at bevegel-sen av kjernen (22) er begrenset til et område i huset (21) av posisjonsindikatoren (20) anordnet på avstand fra endene av posisjonsindikatoren.

5. Hydraulisk sylinder som angitt i et eller flere av kravene 1-4,karakterisert vedat åpningen (7a) i stempelet (6) for den hydrauliske sylinder (1) er trykk- og fluidumtett avlukket mot det indre av sylinderen (1) fortrinnsvis ved hjelp av pakninger (14) mellom stempelet (6) og huset (21) for posisjonsindikatoren (20) .

6. Hydraulisk sylinder som angitt i et eller flere av de foregående krav,karakterisert vedat sylinderen (1) ytterligere er forsynt med en eller flere elektriske posisjonsindikatorer (15), idet hver indikator indikerer en forhåndsbestemt stempelposisjon, og at det elektriske signal som overføres ved disse posisjonsindikatorer (15) samvirker med signalet fra stempelposisjonsindikatoren (20) for å fremskaffe en kalibrering eller nullstilling av signalet for stempelposisjonsindikatoren hver gang stempelet (6) i den hydrauliske sylinder (1) befinner seg i en av disse forhåndsbestemte stempelposisjoner.

7. Hydraulisk sylinder som angitt i krav 6, og omfattende et stempel (6) som inneholder fullstendig eller delvis et elektrisk ledende materiale,karakterisertved at de elektriske posisjonsindikatorer er induktive følere (15) som er anordnet i gjennomgående åpninger (18) i endedekslene (4, 5) av sylinderen (1), idet åpningene (18) er trykk- og fluidumtett avlukket mot det indre av sylinderen (1), fortrinnsvis ved hjelp av keramiske plater (17) .