NO875450L

NO875450L - HYDRAULIC CYLINDER WITH STAMP AND WITH A MAGNETIC DEVICE FOR DETERMINING THE POSITION POSITION.

Info

Publication number: NO875450L
Application number: NO875450A
Authority: NO
Inventors: Niels Hvilsted; Kaj Pedersen; Finn Damkjaer Christensen
Original assignee: Niels Hvilsted; Kaj Pedersen
Priority date: 1986-04-29
Filing date: 1987-12-28
Publication date: 1987-12-28
Also published as: NO875450D0

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en hydraulsylinder med et stempel som er glidbart inne i sylinderen og med en magnetisk stillingsindikator som omfatter i det minste ett magnetisk følsomt element montert i sylinderveggen . The present invention relates to a hydraulic cylinder with a piston which is slidable inside the cylinder and with a magnetic position indicator which comprises at least one magnetically sensitive element mounted in the cylinder wall.

Det er kjent å avføle stillingen av et hydraulisk stempel ved hjelp av en magnetføler. I de kjente anordninger er permånentmagneten vanligvis montert i det glidbare stempel, og en induktiv føler er plassert på det sted i sylinderveggen hvor en stillingsindikasjon er ønsket. It is known to sense the position of a hydraulic piston using a magnetic sensor. In the known devices, the permanent magnet is usually mounted in the sliding piston, and an inductive sensor is placed at the place in the cylinder wall where a position indication is desired.

De kjente følere er imidlertid mindre pålitelige i sterk kulde . However, the known sensors are less reliable in extreme cold.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å tilveie-bringe en hydraulsylinder med en pålitelig, nøyaktig og allikevel billig stillingsindikator, som kan benytte en magnetisk føler av Hall-element-typen for å opprettholde påliteligheten ved lave temperaturer, idet det må tas hensyn til at hydraulsylindre på arbeidsmaskiner, så som bulldozere og traktorer av og til må arbeide i streng kulde. The purpose of the present invention is to provide a hydraulic cylinder with a reliable, accurate and yet cheap position indicator, which can use a magnetic sensor of the Hall element type to maintain reliability at low temperatures, as it must be taken into account that hydraulic cylinders on work machines such as bulldozers and tractors occasionally have to work in severe cold.

Ifølge oppfinnelsen er sylinderenkarakterisert vedat det magnetisk følsomme element er innesluttet i et According to the invention, the cylinder is characterized in that the magnetically sensitive element is enclosed in a

hovedsakelig magnetisk ikke-ledende materiale og utgjør en del av en første lukket magnetisk krets som omfatter i det minste én permanentmagnet, og at det glidbare stempel i en forutbestemt stilling danner en andre lukket, magnetisk mainly magnetic non-conductive material and forms part of a first closed magnetic circuit comprising at least one permanent magnet, and that the sliding piston in a predetermined position forms a second closed magnetic

bedre ledende krets som inkluderer nevnte permanentmagnet (er), men som ikke inkluderer det magnetisk følsomme element. Når stempelet er plassert i den stilling hvor en indikasjon er ønsket, danner stålmaterialet av stempelet en del av den andre, lukkede magnetiske krets, og nesten all den magnetiske fluks passerer gjennom stempelet. I denne situasjon vil den første lukkede krets med føleren i det magnetisk dårlig ledende materiale kun føre liten fluks . Det magnetisk følsomme element bringes derfor i en første, ikke-magnetisert tilstand når stempelet står overfor stillingsindikatoren. Når stempelet befinner seg andre steder i sylinderen, vil hele den magnetiske fluks better conducting circuit which includes said permanent magnet(s) but which does not include the magnetically sensitive element. When the piston is placed in the position where an indication is desired, the steel material of the piston forms part of the second, closed magnetic circuit, and almost all the magnetic flux passes through the piston. In this situation, the first closed circuit with the sensor in the magnetically poorly conducting material will only lead to a small flux. The magnetically sensitive element is therefore brought into a first, non-magnetized state when the piston faces the position indicator. When the piston is elsewhere in the cylinder, the entire magnetic flux will

søke å følge den første magnetiske krets, slik at en magnetisk sydpol dannes på den ene side av det magnetisk følsomme element og en magnetisk nordpol dannes på den annen side. Som et resultat av at elementet er plassert i et magnetfelt og bringes over i et annet, kan den magneti-serte tilstand registreres i elektriske kretser forbundet med følerkretsen. seek to follow the first magnetic circuit, so that a magnetic south pole is formed on one side of the magnetically sensitive element and a magnetic north pole is formed on the other side. As a result of the element being placed in one magnetic field and brought over to another, the magnetized state can be registered in electrical circuits connected to the sensor circuit.

Oppfinnelsen skal forklares mer detaljert i det følgende under henvisning til vedføyede tegning, hvor The invention shall be explained in more detail in the following with reference to the attached drawing, where

fig. 1 viser en hydraulsylinder med flere stillingsbestemmende anordninger ifølge oppfinnelsen, fig. 1 shows a hydraulic cylinder with several position-determining devices according to the invention,

fig. 2 er et eksempel på oppbygningen av en stillingsbestemmende anordning ifølge oppfinnelsen, fig. 2 is an example of the structure of a position determining device according to the invention,

fig. 3 viser konstruksjonen på fig. 2 med en angivelse av magnetkretsen når stempelet er forskjøvet bort fra den stillingsbestemmende anordning, og fig. 3 shows the construction in fig. 2 with an indication of the magnetic circuit when the piston is displaced away from the position-determining device, and

fig. 4 viser den samme konstruksjon som fig. 2 og magnetkretsen når stempelet står overfor den stillingsbestemmende anordning. Fig. 1 viser en hydraulsylinder med flere stillingsindikatorer ifølge oppfinnelsen. Disse er fortrinnsvis plassert i bunnelementene av sylinderen, men kan også være plassert i sideveggen. Fig. 2 er et snitt gjennom en sylindervegg 11, som fortrinnsvis er endeveggen av en sylinder. Trykket av et hydraulfluid, så som olje 13, beveger stempelet 12 frem og tilbake. En sylindrisk boring er tilveiebragt i sylinderveggen, og stillingsindikatoren er plassert med trang pasning i boringen. Det vil forstås at denne type hydraulsylindre må være i stand til å håndtere betydelige trykk. Stillingsindikatoren omfatter et magnetisk materiale 14, som ved den ene ende danner en sirkulær plate som fyller tverrsnittet av boringen, hvilket materiale via en sentral tapp 14a ligger an mot en elektronisk følerkrets 15, som er omgitt av et ikke-magnetisk materiale 20, f.eks. en epoksyharpiks. En magnetisk stolpe 16 ligger an mot den motsatte side av den elektroniske følerkrets 15, som derved er plassert mellom de to magnetiske materialer fig. 4 shows the same construction as fig. 2 and the magnetic circuit when the piston faces the position-determining device. Fig. 1 shows a hydraulic cylinder with several position indicators according to the invention. These are preferably located in the bottom elements of the cylinder, but can also be located in the side wall. Fig. 2 is a section through a cylinder wall 11, which is preferably the end wall of a cylinder. The pressure of a hydraulic fluid, such as oil 13, moves the piston 12 back and forth. A cylindrical bore is provided in the cylinder wall, and the position indicator is placed with a tight fit in the bore. It will be understood that this type of hydraulic cylinder must be able to handle significant pressures. The position indicator comprises a magnetic material 14, which at one end forms a circular plate that fills the cross-section of the bore, which material via a central pin 14a rests against an electronic sensor circuit 15, which is surrounded by a non-magnetic material 20, e.g. e.g. an epoxy resin. A magnetic post 16 rests against the opposite side of the electronic sensor circuit 15, which is thereby placed between the two magnetic materials

14, 16. En permanentmagnet 17 utformet som en skive med et hull i midten er montert rundt den magnetiske stolpe 16. Hullet passer til den magnetiske stolpe. Den ytre omkrets av skiven danner én magnetpol, og det sentrale hull danner den andre magnetpol. Den elektroniske føler-krets er forbundet med elektroniske styrekretser via elektriske ledere 18, idet styrekretsene ikke er forklart mer detaljert i denne forbindelse, og dessuten kan være av kjent type. 14, 16. A permanent magnet 17 designed as a disc with a hole in the middle is mounted around the magnetic post 16. The hole fits the magnetic post. The outer circumference of the disc forms one magnetic pole, and the central hole forms the other magnetic pole. The electronic sensor circuit is connected to electronic control circuits via electrical conductors 18, as the control circuits are not explained in more detail in this connection, and may also be of a known type.

Permånentmagneten er dekket av et ikke-magnetisk materiale 19 mot innsiden av sylinderen. Fig. 3 viser stempelet forskjøvet bort fra stillingsindikatoren, idet kun hydraulfluidet, f.eks. olje 13, foreligger ved den indre flate av sylinderveggen foran stillingsindikatoren. En første magnetkrets er vist med brutt linje og omfatter permånentmagneten 17, et parti av den magnetiske stolpe 16, følerkretsen 15, det magnetiske materiale 14, idet kretsen er lukket ved hjelp av sylinderveggen 11, som må være av et magnetisk materiale, fortrinnsvis stål. I denne situasjon er følerkretsen således aktivert av magnetfeltet, og magnetkretsen er slik dimensjonert at hoveddelen av den magnetiske motstand, dvs. det knapt magnetisk ledende materiale, er plassert i følerkretsen, som således er plassert mellom en magnetisk nordpol N og en magnetisk sydpol S, som kan registreres fra utsiden via elektriske ledere 18. Fig. 4 viser stempelet ved dets dødpunkt, hvor det passer tett til endeveggen 11 av sylinderen. I denne stilling av stempelet vil en alternativ magnetkrets omfat-te permånentmagneten 17, en del av den magnetiske stolpe 16, stempelet 12, som fortrinnsvis er av stål, og sylinderveggen 11, som også er av stål. Magnetkretsen omgir det ikke-magnetiske materiale 19, f.eks. messing. Slik det fremgår av figurene, har messingelementet eller ringen 19 fortrinnsvis større ytterdiameter enn resten av stillingsindikatoren for å gi trang pasning rundt stillingsindikatoren, spesielt for å tette hydraulsylinderen, som kan være utsatt for høye trykk. Den alternative magnet krets som er vist her, må dimensjoneres med lav magnetisk motstand, m.a.o. med høy permeabilitet, slik at magnet-feltstyrken over følerkretsen 15 i den første krets blir så liten at følerkretsen endrer tilstand, noe som kan registreres fra utsiden vi de elektriske ledere 18. The permanent magnet is covered by a non-magnetic material 19 towards the inside of the cylinder. Fig. 3 shows the piston displaced away from the position indicator, with only the hydraulic fluid, e.g. oil 13, is present at the inner surface of the cylinder wall in front of the position indicator. A first magnetic circuit is shown with a broken line and comprises the permanent magnet 17, a part of the magnetic pole 16, the sensor circuit 15, the magnetic material 14, the circuit being closed by means of the cylinder wall 11, which must be of a magnetic material, preferably steel. In this situation, the sensor circuit is thus activated by the magnetic field, and the magnetic circuit is dimensioned in such a way that the main part of the magnetic resistance, i.e. the barely magnetically conductive material, is located in the sensor circuit, which is thus located between a magnetic north pole N and a magnetic south pole S, which can be registered from the outside via electrical conductors 18. Fig. 4 shows the piston at its dead center, where it fits closely to the end wall 11 of the cylinder. In this position of the piston, an alternative magnetic circuit will comprise the permanent magnet 17, part of the magnetic post 16, the piston 12, which is preferably made of steel, and the cylinder wall 11, which is also made of steel. The magnetic circuit surrounds the non-magnetic material 19, e.g. brass. As can be seen from the figures, the brass element or ring 19 preferably has a larger outer diameter than the rest of the position indicator to provide a tight fit around the position indicator, especially to seal the hydraulic cylinder, which may be exposed to high pressures. The alternative magnetic circuit shown here must be designed with low magnetic resistance, i.e. with high permeability, so that the magnetic field strength over the sensor circuit 15 in the first circuit becomes so small that the sensor circuit changes state, which can be detected from the outside via the electrical conductors 18.

Den magnetiske føler som her er beskrevet, er temperaturuavhengig i et bredt temperaturområde når det benyttes en passende følerkrets, og videre oppnås stor sikkerhet mot lekkasje fordi den viste anordning kan gjøres meget tett. Ved egnet dimensjonering oppnås det god nøyaktighet, og anordningen er stort sett billigere enn de stillingsindikatorer som benyttes idag. En Hall-ef fekt- transduktor , som typisk arbeider i temperaturom-rådet fra -40° til +150°C, kan benyttes som følerkrets. The magnetic sensor that is described here is temperature-independent in a wide temperature range when a suitable sensor circuit is used, and further, great security against leakage is achieved because the device shown can be made very tight. With suitable dimensioning, good accuracy is achieved, and the device is generally cheaper than the position indicators that are used today. A Hall effect transducer, which typically works in the temperature range from -40° to +150°C, can be used as a sensor circuit.

Materialbetegnelsen "stål" benyttet i denne beskri-velse refererer seg til stållegeringer som er magnetiser-bare, fortrinnsvis bløte magnetiske stållegeringer. The material term "steel" used in this description refers to steel alloys which are magnetisable, preferably soft magnetic steel alloys.

Claims

1. Hydraulic cylinder with a piston (12) which is slidable in the interior of the cylinder (11), and with a magnetic position indicator comprising at least one magnetically sensitive element (15) mounted in the cylinder wall (11), characterized in that the magnetically sensitive element (15) is enclosed in a mainly magnetically non-conductive material and forms part of a first closed magnetic circuit comprising at least one permanent magnet (17), and that in a predetermined position to be indicated, the piston (12 ) a second closed magnetically better conducting circuit which includes the permanent magnet (17), but which does not include the magnetically sensitive element (15).

2. Hydraulic cylinder according to claim 1, characterized in that the permanent magnet (17) is ring-shaped, and that the inner and outer circumference of the magnet form opposite poles (N, S).

3. Hydraulic cylinder according to claim 2, characterized in that a cylindrical bore in the cylinder wall (11) which runs mainly perpendicular to the inner surface of the cylinder is arranged opposite the piston position to be indicated, which cylindrical bore comprises a circular disk (14) of magnetic material with an outer diameter matching the diameter of the bore, that the magnetically sensitive electronic element (15) is mounted centrally in the bore and is mainly surrounded by non-magnetic material, preferably an epoxy resin (20), and in contact with a mainly central magnetic metal piece (14a) close to the magnetic disc (14) and on its opposite side in contact with a magnetic pole (16) which extends along the central axis of the cylindrical bore from the element (15) to the inner surface of the hydraulic cylinder through the annular magnet ( 17), whose central hole is thus filled with magnetic material.

4. Hydraulic cylinder according to claim 1, characterized in that the first magnetic circuit comprises the permanent magnet (17), a part of the cylinder wall along the surface of a bore in the cylinder wall (11), a magnetic material (14) and further a magnetic material (14a, 16) which together with the magnetically sensitive element (15) closes the circuit.

5. Hydraulic cylinder according to claim 1, characterized in that the second magnetic circuit comprises the permanent magnet (17), a part of the cylinder wall along the surface of a bore in the cylinder wall (11), a part of the piston (12), and a magnetic material (16) which extends from the surface of the cylinder wall and runs close to the permanent magnet.

6. Hydraulic cylinder according to claim 3, characterized in that the magnetic material disk (14) and the material piece (14a) form one piece.

7. Hydraulic cylinder according to claim 3, characterized in that part of the cylindrical bore in the wall (11) of the hydraulic cylinder has a larger diameter at the inner surface of the hydraulic cylinder, and that this part of the cylindrical bore is filled with a non-magnetic material, such as a brass sleeve (19), which can precisely accommodate the magnetic post (16) in its interior and which with its outer circumference forms a tight fit with the bore.

8. Hydraulic cylinder according to claim 3, characterized in that the magnetic post (16) is made of a soft magnetic material.

9. Hydraulic cylinder according to claim 3 or 6, characterized in that the material disk and/or the material piece (14, 14a) is made of a soft magnetic material.