CN102301146B - 带有整合式测量装置的活塞-缸系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种活塞-缸系统，尤其是用于气动体系、液压体系或机电一体化体系的活塞-缸系统，所述活塞-缸系统具有缸壳体(3)和活塞(11)，活塞(11)与活塞杆相联接，活塞(11)布置在缸壳体(3)内，并且在那里以可沿纵轴线(5)运动的方式布置。根据本发明，测量装置(27)布置在缸壳体(3)内。

Description

带有整合式测量装置的活塞-缸系统

技术领域

本发明涉及一种活塞-缸系统，尤其是用于气动体系、液压体系或机电一体化体系的活塞-缸系统，所述活塞-缸系统具有缸壳体和活塞，该活塞与活塞杆相联接，该活塞布置在活塞壳体中，并且在那里以可沿纵轴线运动的方式来布置。

背景技术

前面所述的类型的体系主要用在气动换档机构、机电一体化设备、气动体系和液压体系。在此情况下，活塞-缸系统通常用于将施加到活塞上的力转换成活塞杆的运动的目的。该运动在不同的技术领域中用于控制和/或驱动机器或者机器元件。

为了能够监控和/或控制这样的机器的运动，愈加重要的是，可以确定实际达成的活塞行程，该活塞行程基于受控的压力而获得。同时，需要对活塞或活塞杆的位置进行检测。

已知的体系实现了借助测量装置对活塞或者活塞杆的位置检测，所述测量装置在外部布置在活塞-缸系统上，并且借助不同的测量方法(例如电感式测量方法)来检测活塞杆的位置改变。这种体系具有许多缺点。尤其是在要求活塞-缸系统具有小的结构空间的安装环境中，不能使用已知的测量体系。通常可供使用的结构空间为此设定得并不充足。尤其是，活塞-缸系统在行程方向中的安装尺寸在实践中典型地受限。但这恰好是测量体系在开头所述类型的装置中的优选的系统。

发明内容

因此，本发明的任务是说明一种活塞-缸系统，该活塞-缸系统能够在尽可能小的结构空间情况下，实现对活塞和/或活塞杆进行位置检测。

本发明在开头所述类型的装置中，通过设置在缸壳体内的测量装置来解决所基于的任务。

这样根据本发明将测量装置整合到缸壳体中的方案一方面使得结构空间的明显减小，而另一方面使得测量装置接近活塞和/或活塞杆。通过减低测量装置距活塞或活塞杆的间距，位置检测变得更为精确，而且更不易受干扰，这是因为能够从外部影响测量装置的潜在的干扰程度一方面通过缸壳体来屏蔽，而另一方面仅还能在测量装置与测量物体之间的减小的部段上起作用。

在本发明的优选的实施方式中，测量装置平行于活塞的纵轴线地延伸，并且活塞和/或活塞杆可轴向相对于测量装置运动。通过测量装置相对于活塞平行地布置，尤其实现了缩短在行程方向上的结构空间。在已知的体系中，结构长度通过测量装置的布置方案而以如下方式受到不利影响，即，测量装置始终布置在外部，以及特别是在行程方向上在缸壳体前面或后面布置，而根据该实施方式可以实现尽可能小的结构空间。

在本发明的其他优选的实施方式中，测量装置具有PLCD(永磁-线性-无接触式-位移)传感器。通过将根据本发明的测量装置整合在壳体中并且尽可能接近活塞-缸系统，而可行的是，使用PLCD传感器。在已知的体系中，这是不可行的，因为安设在缸系统外部的测量装置距可运动的活塞或活塞杆的间距过大。该问题尤其是在考虑到PLCD传感器的功能原理的情况下加以阐明：

PLCD传感器典型地具有由软磁性的金属构成的芯，该芯被线圈包绕。要确定其位置的可运动的物体具有永磁体，该永磁体在接近传感器时产生局部磁饱和。这在软磁性的芯与永磁体之间的间距最小的部位上导致该芯与其磁场相关地被虚拟分割。交流电流加到包绕该芯的线圈引起在次级线圈中感生出不同的电压，次级线圈分别设置在软磁性芯的端部上。在线圈中分别感生出的不同电压的量值提供关于磁场在芯的各部段中的强度的精确表达。以此方式可以推导出各分部段的长度，这又提供了关于接近传感器的永磁体的位置的精确表达。如果永磁体与可运动的物体固定相连，则这样得到可运动物体的相应位置。为了使这种传感器体系可靠地起作用，应使在提供信号的磁体与传感器之间的间距尽可能地小。

根据本发明的优选的实施方式，PLCD传感器至少部分地设置在芯的凹处内，并且测量装置具有磁体，该磁体作为信号器(Signalgeber)与活塞相连。通过在活塞中设置凹处，则PLCD传感器还可以进一步在行程轴线的方向上来布置。于是，可以实现在传感器与安设在活塞上的磁体之间的最小间距。测量装置的易受干扰性以此方式还进一步被减小。

根据本发明的一个特别优选的实施方式，磁体构造为环形磁体，并且与活塞的纵轴线共轴地布置。于是，磁体例如可以布置和固定在呈圆柱形构造的平台上。由此，发生倾斜便是不可能。通过将磁体构造为环形磁体，则对于PLCD传感器进而还有测量装置的常规的功能来说，无关紧要的是，活塞和/或活塞杆除了纯粹的往复运动之外是否绕活塞或活塞杆的纵轴线进行旋转。环形磁体的转动对其磁场没有影响。因此，不顾及的是，活塞或活塞杆的转动位置始终存在相同的、作用于传感器的磁场。

根据本发明的可替选的实施方式中，PLCD传感器被整合到缸盖中。以此方式能以高的精度和可重复性将相对于缸固定地定位的传感器引入活塞-缸系统的壳体中。这尤其通过如下方式而变得简单，即，缸盖始终以相同布置装配在壳体上。传感器的拆出通过简单地移除盖来实现，并且使测量装置的维护和校验变得容易。

根据在本发明的活塞-缸系统中的另一优选的实施方式，PLCD传感器设置在套管内，该套管被成型到缸盖上。套管可以有利地以小的公差制造并且与传感器匹配。此外，当套管以本领域技术人员已知的配合元件相对于缸盖定位时，可以精确地定位套管。缸盖在这种方法中例如可以是简单的铸件。

根据按本发明的另一有利的实施方式，PLCD传感器被整合到活塞中，并且环形磁体被整合到缸壳体或密封件中。根据该可替选方案，活塞位置的测量并不通过与活塞固定连接的磁体相对于位置固定地安设的传感器的运动来进行，而是在此情况下通过传感器相对于位置固定地安设的环形磁体的运动来进行。这种构造出于成本节约的原因或者基于使用者方面的特别要求而可以是有利的。

在根据本发明的活塞-缸系统的另一有利的实施方式，该活塞-缸系统具有随动活塞(Schleppkolben)，该随动活塞基本上相对于活塞的纵轴线共轴地设置，并且可轴向相对于活塞和/或活塞杆运动。除了主活塞之外还附加具有随动活塞的活塞-缸系统不利用已知的测量装置运行。原因在于：附加地布置于缸壳体内的随动活塞增大了在外部布置的测量体系与主活塞或活塞杆之间的间距。由此，主活塞和/或活塞杆的位置的可靠测量不再可行。但根据本发明，该缺点被克服，从而带有随动活塞的活塞-缸系统也可以在借助测量装置进行精确位置检测的同时，还可以实现达到最小的结构空间。

根据本发明的一个有利的改进方案，传感器至少部分地在设置在随动活塞中的凹处内部延伸。传感器能够以此方式不仅在活塞内，而且也在随动活塞内延伸，由此，保持结构空间在行程方向上的短距性不受影响。此外，由此还能够实现的是，传感器这样布置在随动活塞的凹处中，即，随动活塞的运动不影响到测量过程本身。

在根据本发明的另一优选的实施方式中，传感器设置在环形磁体与随动活塞之间。根据该实施方式，传感器被置于紧邻环形磁体，并且可以进行对环形磁体的位置的测量以及由此对活塞和/或活塞杆的位置的测量，而无需随动活塞包围环形磁体和传感器以及主活塞的传感器在其中延伸的部段。

根据按本发明的活塞-缸系统的另一优选的实施方式，活塞和活塞杆一体式地彼此连接。通过将活塞与活塞杆一体式地连接，排除了这两个元件之间的运动余隙。由此，无关紧要的是：是否获知了活塞杆或活塞的位置。

附图说明

下面，借助有利的实施方式参照附图更为详细地描述本发明。在此：

图1示出在活塞杆的纵轴线所延伸的平面上根据本发明的活塞-缸系统的截面图，以及

图2示出在活塞杆的纵轴线所延伸的平面上根据本发明的活塞-缸系统的截面图。

具体实施方式

在图1中示出根据本发明的活塞-缸系统1。活塞-缸系统1具有缸壳体3，缸壳体3被以缸盖7封闭。缸壳体3和缸盖7关于对称轴5旋转对称地构造，并且彼此同轴地对齐。缸盖7借助密封元件9对缸壳体3的内壁进行密封。(未示出的)评估电子装置可以布置在缸盖7内。

主活塞11在缸壳体3内与轴线5同轴地布置。主活塞11与活塞杆13一体式地相连，活塞杆13同样与轴线5同轴地对齐。主活塞13借助密封元件15对壳体3的内壁进行密封。另一密封元件17布置在壳体3的通出部段上，在该通出部段处，活塞杆13从壳体3通出。

随动活塞19布置在图1的主活塞11的上部部段中。随动活塞19基本上呈环形地构造，并且在该图中主活塞11的上部部段中，包围主活塞11。随动活塞19借助密封元件21对主活塞11进行密封，并且借助密封元件23对壳体3的内壁进行密封。随动活塞19可轴向在轴线5的方向上相对于壳体3和主活塞11运动。随动活塞19在图1的上部部段中的外部直径大于主活塞11在图1的下部部段中的外部直径。主活塞11具有环形构造的凹处25，该凹处25相对于轴线5同轴地对齐，并且从图1主活塞11的上端侧出来延伸至该活塞中去。

PLCD传感器27设置在凹处25内，该PLCD传感器是测量装置的一部分。测量装置的另一部分是环形磁体29，该环形磁体29例如通过压配合件固定地布置在主活塞11的上部平台上，并且相对于轴线5同轴地布置。PLCD传感器27在传感器壳体31内平行于轴线5地布置和对齐。传感器壳体31成型在缸盖7上。导体电路自传感器27起，穿过缸盖7从壳体3引出。传感器27因此位置固定地与缸盖7相连，并且因此在安装好的状态中也与壳体3相连。主活塞11或杆13的运动导致环形磁体29相对于传感器27运动。

在图2中示出根据本发明的活塞-缸系统的另一实施方式。鉴于部件相同，参考上面的描述并且使用相同的附图标记。在该实施方式中，壳体3具有两个单独构造的壳体部件35和37。传感器壳体31与传感器27一起成型到其上的缸盖7最终与壳体部件35相连。钟罩件33平放在缸盖7上，并且封闭壳体3。主活塞11的外部直径在该实施例中小于随动活塞19的外部直径。

主活塞11借助(未示出的)密封元件对壳体部件35的内壁进行密封，而随动活塞19借助(同样未示出的)密封元件对壳体部件37的内壁进行密封。主活塞11还借助(未示出的)密封元件对壳体部件37的部段47进行密封。主活塞11具有圆柱形凹处41。该凹处41相对于轴线5同轴地对齐，并且从主活塞11的上部端面向下延伸。此外，在主活塞11的端侧上设置有载体元件43，并且借助固定装置45与主活塞相连。载体元件43是旋转对称的，并且相对于轴线5同轴地布置，并且还具有环形磁体39，环形磁体39借助载体元件43固定在主活塞11上。

PLCD传感器27根据图2中所示的实施方式同样相对于轴线5同轴地对齐，并且这样设置在缸壳体3内，即，使该PLCD传感器沉入穿过随动活塞19、主活塞11和环形磁体39。因此，所有可运动的部件在缸壳体内以绕传感器27旋转对称的方式相对于轴线5同轴线地布置。

在壳体部件37的下部部段46中，设置有凹处46。在该凹处46中，活塞11从壳体3延伸出来。主活塞11在其图2中下端部上具有连接部段47，主活塞11可以借助该连接部段47与(未示出的)活塞杆相连。

Claims (10)

1.活塞-缸系统(1)，所述活塞-缸系统(1)具有缸壳体(3)和活塞(11)，所述活塞(11)与活塞杆(13)联接，所述活塞(11)布置在所述缸壳体(3)内，并且在那里以能沿纵轴线(5)运动的方式布置，其特征在于，所述活塞-缸系统还具有布置在所述缸壳体(3)内的测量装置，所述测量装置具有传感器(27)，所述传感器(27)至少部分地布置在所述活塞(11)中的凹处(25)内部和/或至少部分地在设置在随动活塞(19)内的凹处内部延伸，其中，所述随动活塞(19)基本上相对于所述活塞(11)的所述纵轴线(5)同轴地布置，并且能轴向相对于所述活塞(11)和所述活塞杆(13)运动，并且所述测量装置具有磁体，所述磁体作为信号器与所述活塞(11)相连。

2.根据权利要求1所述的活塞-缸系统(1)，其特征在于，所述测量装置平行于所述活塞(11)的所述纵轴线(5)地延伸，并且所述活塞(11)和/或所述活塞杆(13)能轴向相对于所述测量装置运动。

3.根据权利要求1或2所述的活塞-缸系统(1)，其特征在于，所述测量装置具有PLCD传感器(27)。

4.根据权利要求3所述的活塞-缸系统(1)，其特征在于，所述磁体构造为环形磁体(29)，并且相对于所述活塞(11)的所述纵轴线(5)同轴地布置。

5.根据权利要求3所述的活塞-缸系统(1)，其特征在于，所述PLCD传感器(27)整合到缸盖(7)中。

6.根据权利要求5所述的活塞-缸系统(1)，其特征在于，所述PLCD传感器(27)安置在传感器壳体(31)内部，所述传感器壳体(31)成型到所述缸盖(7)上。

7.根据权利要求4所述的活塞-缸系统(1)，其特征在于，所述PLCD传感器(27)整合到所述活塞(11)中，并且所述环形磁体(29)整合到所述缸壳体(3)或密封件中。

8.根据权利要求4所述的活塞-缸系统(1)，其特征在于，所述传感器(27)布置在所述环形磁体(29)与所述随动活塞(19)之间。

9.根据权利要求1或2所述的活塞-缸系统(1)，其特征在于，所述活塞(11)与所述活塞杆(13)一体式地彼此连接。

10.根据权利要求1所述的活塞-缸系统(1)，其特征在于，所述的活塞-缸系统(1)用于气动体系、液压体系或机电一体化的体系。