DE19917312B4

DE19917312B4 - Einrichtung zur Positionserfassung

Info

Publication number: DE19917312B4
Application number: DE19917312A
Authority: DE
Inventors: Richard D. Troy Koski; Anthony L. Clawson Jenkins
Original assignee: Ametek Inc
Current assignee: Ametek Inc
Priority date: 1998-04-20
Filing date: 1999-04-16
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2019-04-17
Also published as: DE19917312A1; US6356071B1

Abstract

Einrichtung (10) zur Positionserfassung mit einem durch ein Meßfeld geführten magnetostriktiven Draht (40) und mindestens einem Magneten, der durch das Meßfeld bewegbar ist, um in dem magnetostriktiven Draht (40) Störungen auszulösen, sowie folgenden weiteren Komponenten:
einem mit einem ersten Ende (22) und einem diesem abgewandten zweiten Ende (24) versehenen, magnetisch durchlässigen Außenrohr (20), in dem der magnetostriktive Draht (40) fest angebracht ist,
einer in dem Außenrohr (20) angebrachten und mit dem magnetostriktiven Draht (40) verbundenen Abnehmervorrichtung (54) zum Ausgeben von Signalen, die sich längs des magnetostriktiven Drahtes (40) ausbreiten,
einer vollständig in dem Außenrohr (20) angeordneten Schaltungsvorrichtung (60), die elektrische Signale in den magnetostriktiven Draht (40) einkoppelt sowie aus dem magnetostriktiven Draht (40) stammende elektrische Signale verarbeitet,
einer in dem ersten Ende (22) des Außenrohrs (20) fest angebrachten Anschlußvorrichtung (80), die mehrere zum Anschluß an externe Leiter bestimmte Stifte enthält, die an einem Ende elektrisch an...

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Positionserfassung. Sie setzt sich allgemein mit magnetostriktiven Positionswandlern auseinander.

Das Phänomen der Magnetostriktion findet breite Anwendung in Vorrichtungen, die lineare Abstände und Positionen vermessen. Ein nahe einem magnetostriktiven Draht oder um diesen herum angeordneter Magnet markiert die zu messende Stelle. Solche Vorrichtungen können entweder mit mechanischer oder elektrischer Anregung arbeiten. Breitet sich eine akustische/mechanische Beanspruchung oder Spannung längs des Drahtes aus, und erreicht sie den Einflußbereich des Magneten, so wird in dem Draht ein elektrisches Signal erzeugt. Breitet sich umgekehrt ein elektrisches Signal längs des Drahtes aus, und erreicht dieses den Einflußbereich des Magneten, so wird in dem Draht eine Torsionsbeanspruchung oder -spannung erzeugt.

Solche linearen Positionsdetektoren, die einen in einem Schwimmer angebrachten Magneten verwenden, werden als Flüssigkeitspegeldetektoren eingesetzt, um einen Flüssigkeitspegel in einem Behälter oder Tank anzuzeigen, der beispielsweise unter der Erde angeordnet sein kann. Die Position des Magneten und damit der Flüssigkeitspegel wird als Funktion der Zeit bestimmt, die für die Ausbreitung einer Torsionsstörung im Falle der mechanischen Anregung von einem Ende des Drahtes durch den Einflußbereich des Magneten oder im Falle der elektrischen Anregung von der Position des Magneten zu einer an einem Ende des Drahtes angeordneten Erfassungseinrichtung benötigt wird.

Andersartige Vorrichtungen zur magnetostriktiven Positionsmessung verwenden einen reflektierenden Abschluß am Fußende des magnetostriktiven Drahtes. Solche Vorrichtungen messen den Unterschied der Ausbreitungszeit eines von der Magnetposition zu dem Fußende des Drahtes laufenden und zum Kopf der Vorrichtungen zurückreflektierten Pulses und der Ausbreitungszeit eines an dem Draht direkt von dem Magneten zum Kopf laufenden Pulses.

Wie in den US Patenten 4 839 590, 5 017 867, 5 050 430 und 5 253 521 des Anmelders gezeigt, enthalten solche magnetostriktiven Vorrichtungen ein langgestrecktes Rohr kleinen Durchmessers, das typischerweise aus Edelstahl besteht und an dem zum Anzeigen des Flüssigkeitspegels ein beweglicher Magnet angebracht ist. Ein vergrößerter Kopf und eine Kappe sind an einem Ende des Rohrs, typischerweise oberhalb des Flüssigkeitspegels, angeordnet und enthalten elektronische Komponenten, z.B. Anschlußvorrichtungen und eine Schaltung zum Bearbeiten von Signalen, die eingesetzt wird, dem magnetostriktiven Draht in dem Rohr Signale zuzuführen oder aus diesem auszugeben. Wie in den vorstehend genannten Patenten gezeigt, hat der Kopf einen Durchmesser, der beträchtlich größer ist als der Durchmesser des sich durch den Behälter erstreckenden, langgestreckten Rohrs.

Fluidbehälter, wie z.B. unterirdisch angeordnete Benzin- oder Kraftstofftanks, haben typischerweise ein oder mehrere Steigrohre oder hohle Leitungen, die an der oberen Fläche des Tanks angebracht sind und sich bis zu dem auf Bodenhöhe angeordneten, oberen Ende aufwärts erstrecken, das auf Bodenhöhe angeordnet ist. Ein Steigrohr wird für gewöhnlich zum Befüllen des Behälters eingesetzt und hat typischerweise einen Durchmesser von etwa 4 Zoll. Weiterhin kann ein zweites, kleineres Steigrohr mit einem Durchmesser von 2 Zoll vorgesehen sein, das als Ventil dient.

Vorhandene Behälter, die in die Erde eingegraben sind und von denen nicht erwartet wird, daß in ihnen eine Erfassung des Flüssigkeitspegels vorgesehen ist, haben typischerweise kein groß bemessenes Steigrohr oder kein Steigrohr, das zur Erfassung des Flüssigkeitspegels bestimmt ist. Wo die Erfassung des Flüssigkeitspegels bei solch schon vorhandenen, eingegrabenen Behältern wün schenswert ist, passen deshalb vor kurzem konzipierte, magnetostriktive Positionsmeßvorrichtungen mit vergrößertem Kopf nicht in die Fülldüse des vorhandenen Steigrohrs an solch einem Behälter, oder sie füllen das Innere des Steigrohrs vollständig aus, wodurch das Einführen einer Kraftstoffdüse in das Steigrohr unmöglich wird. In solchen Situationen bleibt nichts anderes übrig, als den vorhandenen Behälter auszugraben und ein für eine Einrichtung zur Erfassung des Flüssigkeitspegels spezifiziertes Steigrohr hinzuzufügen.

Aus der DE 42 44 204 A1 ist ein Wegmeßsystem zum Erfassen des Einfederweges eines Stoßdämpfers bekannt. Bei diesem System ist ein magnetostriktiver Draht in einem Außenrohr geführt. In dem Außenrohr ist eine Abnehmervorrichtung untergebracht. Eine mit der Abnehmervorrichtung elektrisch verbundene Schaltungsvorrichtung ist außerhalb des Außenrohrs angeordnet. Eine Positionserfassungsvorrichtung, die eine vollständig in ihrem Außenrohr integrierte Auswerteeinrichtung hat, ist in der US 5 421 193 beschrieben. Aus der US 5 717 330 ist bekannt, einen magnetostriktiven Sensor in einer Kolben-Zylinder-Anordnung einzubauen. Zum Stand der Technik wird schließlich noch auf die US 5 680 041 verwiesen, in der eine Einrichtung zur Positionserfassung beschrieben ist, die nach dem Prinzip der Magnetostriktion arbeitet.

Es besteht deshalb die Nachfrage nach einer Einrichtung zur Erfassung eines Flüssigkeitspegels oder zur Positionserfassung, die in einfacher Weise in Tanks oder Behälter eingebaut werden kann, die Steigrohre mit geringem Durchmesser haben. Es besteht weiterhin die Nachfrage nach einer solchen Einrichtung, die in einfacher Weise in schon vorhandene, unterirdische Tanks eingebaut werden kann, ohne den Tank ausgraben zu müssen. Es besteht weiterhin das Bedürfnis nach einer zum Erfassen eines Flüssigkeitspegels bestimmten Einrichtung, deren Komponenten sämtlich in einem in den Tank einführbaren Rohr geringen Durchmessers enthalten sind. Ferner besteht ein Bedarf an einer Einrichtung zur Positionserfassung, die in eine beliebige Linearmeßvorrichtung eingebaut werden kann, wie es beispielsweise ein durch ein verdichtetes Fluid betätigbarer Zylinder darstellt, der darauf ausgelegt ist, die Stellung des Zylinderkolbens in allen Montagepositionen des Zylinders zu erfassen.

Die Erfindung löst die vorstehend genannten Aufgaben durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung sieht eine Einrichtung zur Positionserfassung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vor.

Die zur Positionserfassung bestimmte Einrichtung gemäß Anspruch 11 ist für die Verwendung mit einem fluidbetätigten Zylinder ausgebildet.

An dem Kolben ist ein Magnet montiert. Die Kolbenstange ist hohl und nimmt verschiebbar das Außenrohr in sich auf. An einem ersten Ende des Außenrohrs sind Anschlußmittel gehalten, die das erste Ende des Außenrohrs an der ersten Stirnwand des Zylinders befestigen. Die Anschlußvorrichtung ist vollständig innerhalb der Außenfläche der ersten Stirnwand angeordnet.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Leiterplatte an dem den magnetostriktiven Draht tragenden Innenrohr befestigt. Es sind Mittel vorgesehen, um die Leiterplatte (Schaltungsvorrichtung) in dem Außenrohr zu zentrieren. Die zur Zentrierung bestimmten Mittel umfassen ein ringförmiges Element, das um die Leiterplatte herum angebracht ist und eine äußere Ringnut hat. Das Außenrohr ist an der Stelle der in dem Element ausgebildeten Ringnut umgebogen und koppelt so das Außenrohr fest an das Element, wodurch die Leiterplatte und das Innenrohr relativ zu dem Außenrohr fest positioniert sind.

Die Erfindung hat einige Vorteile gegenüber bekannten Einrichtungen, die zur Positionserfassung oder zur Erfassung eines Flüssigkeitspegels unter Einsatz magnetostriktiver Wellenführung bestimmt sind. Weiterhin ist für die zur Positionserfassung bestimmte Einrichtung ein neuartiger Adapter vorgesehen, der an einem Ende des Außenrohrs so angebracht ist, daß er in der Stirnwand eines mit unter Druck gesetztem Fluid betätigbaren Zylinders versenkt montiert ist. Auf diese Weise können solche Zylinder praktisch in allen Montageanordnungen eine zur Positionserfassung bestimmte Einrichtung nach der Erfindung verwenden. Diese Montageanordnungen schließen Zylinderpositionen ein, in denen die Stirnwand fest an andere Komponenten, z. B. an Achsen, Lager, Zapfen etc. fest gekoppelt sind.

Die verschiedenen Merkmale, Vorteile und weitere Verwendungen der Erfindung werden im folgenden an Hand der Figuren erläutert. Darin zeigen:
1A eine seitliche Schnittansicht einer zum Erfassen eines Flüssigkeitspegels bestimmten Einrichtung nach der Erfindung,
1B eine Draufsicht auf einen Steigrohrabschnitt eines die Einrichtung nach 1 enthaltenden Tanks,
1C einen vergrößerten Querschnitt zur Illustration einer alternativen Anbringung der Einrichtung in dem mit dem Steigrohr versehenen Tank,
2 einen vergrößerten Teilquerschnitt der Einrichtung nach 1 in auseinandergezogener Darstellung,
3 einen vergrößerten Teilquerschnitt der Einrichtung nach 2 im zusammengesetzten Zustand,
4 einen Seitenaufriß der vollständigen Einrichtung nach den 1 und 3,
5 einen Seitenaufriß der an einem Schauglas des Tanks angebrachten Einrichtung nach 1,
6 einen Seitenaufriß eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Einrichtung,
7 einen Querschnitt in Richtung 7-7 nach 6,
8 einen Querschnitt in Richtung 8-8 nach 6,
9 einen Querschnitt in Richtung 9-9 nach 6,
10 einen Querschnitt in Richtung 10-10 nach 6,
11 einen Längsschnitt ähnlich 7 zur Illustration einer alternativen Ausführungsform des an dem Außenrohr angebrachten Steckverbinders,
12 einen Längsschnitt ähnlich der 7 zur Illustration einer weiteren Ausführungsform des Steckverbinders,
13 einen Längsschnitt zur Illustration einer aus dem Stand der Technik bekannten Anbringung eines Linearauslenkungswandlers in einem Zylinder, der über ein unter Druck gesetztes Fluid betätigt wird,
14 einen Teilquerschnitt einer ersten Ausführungsform einer in einem Zylinder montierten Einrichtung zur Positionserfassung und
15 einen Teilquerschnitt einer zweiten Ausführungsform der in dem Zylinder montierten Einrichtung.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Figuren, insbesondere auf die 1A bis 4 eine Einrichtung 10 zum Erfassen eines Flüssigkeitspegels beschrieben, die nach der erfindungsgemäßen Lehre aufgebaut ist. Die Einrichtung 10 ist in einem Zustand dargestellt, in dem sie fest innerhalb eines Flüssigkeit enthaltenden Tanks 12, z.B. eines Benzintanks, angebracht ist. Der Flüssigkeitspegel in dem Tank kann zwischen leer und voll variieren. In 1A ist der Tank 12 beispielhaft in einem Zustand dargestellt, in dem er etwas weniger als halbvoll ist. Ein Steigrohr 14 ist an der oberen Abdeckung 15 des Tanks 12 angebracht und erstreckt sich im wesentlichen bis auf Grundniveau. Das Steigrohr 14 stellt einen Zugang zum Inneren des Tanks 12 bereit, um durch eine Öffnung 16 in der Abdeckung 15 Flüssigkeit in den Tank 12 einzufüllen und/oder diese aus dem Tank 12 zu entfernen. In dem Steigrohr 14 ist eine Fülleitung montiert, die ein Absperrventil und einen Anschluß für eine Brennstoffdüse enthält. Die Einfülleitung ist in 1A nicht dargestellt.
Die Einrichtung 10 erstreckt sich in der in den 1A und 1B gezeigten Ausführungsform durch die an der Oberseite des Tanks 12 ausgebildete Öffnung 16. Wie in 1C gezeigt, ist die Einrichtung 10 mit einer Klemme 17 oder eine anderen Befestigung an einem Fuß 18 eines Bügels 19 montiert. Der Bügel 19 hat einen zweiten Fuß 21, der senkrecht zu dem ersten Fuß 18 orientiert ist. Der zweite Fuß 21 liegt an dem Steigrohr 14 an und ist an diesem fest angebracht, wie in 1C gezeigt ist. Das obere Ende der Einrichtung 10 ist so in einem Abstand unterhalb, jedoch nahe der Abdeckung 15 des Tanks 12 angeordnet. Wie in 4 gezeigt, hat die Einrichtung 10 eine Außenleitung oder ein Außenrohr 20, dessen Durchmesser zwischen einem ersten Ende 22 und einem diesem abgewandten zweiten Ende 24 im wesentlichen konstant ist. Das zweite Ende 24 ist mit einer Endkappe 26 verschlossen, die über eine Schweißverbindung oder dergleichen an dem Rohr 20 angebracht ist. Die Länge des Außenrohrs 20 zwischen dem ersten und dem zweiten Ende 22 und 24 bestimmt sich nach der Gesamtgröße des Tanks 12, in dem die Einrichtung 10 eingesetzt wird. Das Außenrohr 20 besteht aus einem unmagnetischen Material, so daß es magnetisch durchlässig ist. So kann für das Außenrohr 20 Messing, Edelstahl oder auch Plastik verwendet werden.
Ein optional vorgesehenes Innenrohr 30 befindet sich in dem Außenrohr 20 und erstreckt sich über einen wesentlichen Teil der Länge des Außenrohrs 20, jedoch zumindest durch einen Meßbereich, der durch den Bewegungsbereich eines Magneten 32 entlang der Außenfläche des Außenrohrs 20 festgelegt ist. Mehrere ringförmige Abstandselemente 34 sind entlang der Innenfläche des Außenrohrs 20 angeordnet, um das Innenrohr 30 in dem Außenrohr 20 zu zentrieren und zu halten. Die Abstandselemente 34 bestehen aus einem unmagnetischen Material, z.B. Plastik, Messing etc.
Wie in den 2 bis 4 gezeigt, hat das Innenrohr 30 ein offenes erstes Ende 36 und ein diesem abgewandtes, geschlossenes zweites Ende 38. In dem Innenrohr 30 ist ein dünner, magnetostriktiver Draht 40 angeordnet und dort durch mehrere ringförmige Abstandselemente 42 gehalten, die aus einem weichen, nicht störenden Material bestehen.
Der magnetostriktive Draht 40 hat ein erstes Ende 44, das beispielsweise an einem Träger oder Substrat 46 fest montiert ist. Ein zweites Ende 48 des Drahts 40 ist über eine feste Verbindung oder eine Einspannvorrichtung 50 mit dem zweiten Ende 38 des Innenrohrs 30 verbunden, wie in 4 gezeigt ist. Um das zweite Ende 48 des Drahts 40 mit dem zweiten Ende 38 des Innenrohrs 30 zu verbinden, können auch reflektierende Abschlüsse eingesetzt werden, wie sie in den US-Patenten 5 253 521 und 5 017 867 gezeigt sind. Der magnetostriktive Draht 40 besteht vorzugsweise aus einer Nickel/Eisen-Legierung. Ein unter der Bezeichnung Nyspan C bekanntes Material eignet sich beispielsweise als magnetostriktiver Draht 40.
Zwischen dem ersten Ende 38 des Innenrohrs 30 und einem Ende des Trägers 46 befindet sich ein Vorspannmittel oder eine Feder 52, um den Draht 40 in dem Innenrohr 30 in einer geraden, langgestreckten Form zu halten.
Ein Abnehmer, Wandler oder Umsetzer 54 ist an dem Träger 46 angebracht und umgibt den Draht 40 oder befindet sich in Kontakt mit diesem. Der Wandler 54 kann eine beliebige Abnehmer- oder Wandlervorrichtung sein, die zur Verwendung in Einrichtungen zur magnetostriktiven Erfassung von Flüssigkeitspegeln geeignet ist. Beispielsweise kann ein kleiner, rechteckiger, piezoelektrischer Kristall an ein Ende des magnetostriktiven Drahtes 40 geklemmt sein. Der piezoelektrische Kristall arbeitet in der Weise als Wandler, daß eine lokalisierte, sich längs des Drahtes 40 ausbreitende Verzerrung eine Ausdehnung des Kristalls in eine Richtung verursacht, wodurch in dem Kristall eine Spannung induziert wird.
In einer alternativen Ausführungsform ist eine Spule an dem Träger 46 angebracht. Die Spule umgibt den Draht 40 konzentrisch. Von dem Wandler 54 aus erstrecken sich zwei Leiter. Zusätzlich ist ein einzelner, nicht gezeigter Leiter mit dem ersten Ende 44 des Drahtes 40 verbunden. Ein zweiter Leiter oder Rückleiter ist mit dem als Rückführweg wirkenden Innenrohr 30 verbunden. Beispielsweise ist der Rückleiter an eine elektrisch leitende, unmagnetische Hülse 56 angeschlossen, die z. B. über eine Lötverbindung an dem ersten Ende 36 des Innenrohrs 30 fest angebracht ist, wie in den 2 und 3 gezeigt ist. Vorzugsweise besteht die Hülse 56 aus Messing oder einem anderen unmagnetischen Material.
Die sich von dem Wandler 54 aus erstreckenden Leiter, der Draht 40 und der Rückdraht sind mit einer Schaltungsvorrichtung verbunden, die an einer Leiterplatte 60 angebracht ist. An der Leiterplatte 60 sind Anschlußstellen vorgesehen, die Lötverbindungen zu verschiedenen Leitern aufnehmen. Von dem entgegengesetzten Ende der Leiterplatte 60 erstrecken sich zwei Leiter zu glasgefüllten Kapselverbindungen. Zwei externe Leiter 62 sind aus einem Ende des Außenrohrs 20 nach außen geführt und mit einer Fernsteuerung oder -schaltung verbunden. Die beiden Drähte 62 bilden eine Zweidrahtschleife, die einen Strom ausgibt, wenn an ihr eine Spannung anliegt, welche die Position des Magneten 32 längs des Außenrohrs 20 anzeigt. Alternativ können die beiden Leiter 62 zur Bereitstellung eines Ausgangspulssignals eingesetzt werden, das die Ausbreitungszeit des induzierten Signals längs des magnetostriktiven Drahts 40 anzeigt.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung befindet sich die Leiterplatte 60 in einem Gehäuse 66, das allgemein in 4 und genauer in den 2 und 3 gezeigt ist. Das Gehäuse 66 besteht aus zwei zueinander passenden Hälften oder Gehäuseteilen 68 und 70, die miteinander verbunden und voneinander getrennt werden können. Die beiden Gehäuseteile 68 und 70 sind in ihrem Aufbau im wesentlichen symmetrisch und enthalten an entgegengesetzten Enden jeweils einen Stift 72, der in eine in dem jeweils anderen Gehäuseteil 68 bzw. 70 ausgebildete Öffnung eingreift, so daß die beiden Gehäuseteile 66 und 68 lösbar zu einem vollständigen Gehäuse verbunden werden können, das die Leiterplatten 60 umgibt. An den beiden Teilen 68, 70 ist jeweils eine ringförmige Vertiefung 74 bzw. 76 ausgebildet, die eine ringförmige Aufnahme für die Hülse 56 bildet. Da die Hülse 56 fest an einem Ende des Innenrohrs 30 angebracht ist, sorgt diese Anordnung für eine feste Anbringung des ersten Endes 36 des Innenrohrs 30 in dem Gehäuse 66. Weiterhin sitzt ein Ende der Leiterplatte 60 in einer Ausnehmung 78 in einem Ende des Trägers 46, wodurch sie fest an den Träger 46 gekoppelt ist.
Durch das erste Ende 22 des Außenrohrs 20 ist ein Fitting 80 montierbar, wie in den 2 bis 4 gezeigt ist. Das Fitting 80 hat eine Durchgangsbohrung 82, durch die die beiden Leiter 62 aufgenommen werden, bevor eine nicht gezeigte Verguß- oder Dichtmasse aufgenommen wird, die die Durchgangsbohrung 82 vollständig ausfüllt. An einem Ende der Fassung 80 ist eine ringförmige Endfläche 84 ausgebildet. Die Endfläche 84 sitzt in einer von dem ersten Ende 22 des Außenrohrs 20 beabstandeten Schulter 86, so daß das Fitting 80 relativ zu dem Außenrohr 20 axial positioniert ist. Außen an dem Fitting 80 sind ringförmige Vertiefungen 88 ausgebildet, die Dichtungselemente, wie z.B. in 4 gezeigte O-Ringe 90 aufnehmen, um das Fitting 80 dicht an das Außenrohr 20 zu koppeln. Ist das Fitting 80 einmal in dem ersten Ende 22 des Außenrohrs 20 positioniert, so wird das erste Ende 22 des Außenrohrs 20 radial einwärts gebogen, so daß es an einem ringförmigen Flansch 92 an einem Ende des Fittings 80 anliegt, wodurch das Fitting 80 in dem ersten Ende 22 des Außenrohrs 20 fixiert wird. Beim Zusammenbau der Einrichtung 10 werden die Leiterplatte 60, der Träger 46, die Feder 52, die Hülse 56 und das erste Ende 36 des Innenrohrs 30 in einem der beiden Gehäuseteile 68, 70, wie in 2 gezeigt, axial angeordnet. Die Drähte, die zu der Hülse 56, dem Wandler 54 und dem magnetostriktiven Draht 40 hin- und von diesen Komponenten weggeführt sind, sind mit Anschlußstellen auf der Leiterplatte 60 verbunden. Durch die glasgefüllten Kapselverbindungen sind auch an Anschlußverbindungen an dem anderen Ende der Leiterplatte 60 Leiter angeschlossen. Die externen Leiter werden mit den Kapselverbindungen verbunden und durch die in dem Fitting 80 ausgebildete Durchgangsbohrung 82 hindurchgeführt, wenn das Fitting 80 in die Nähe der Leiterplatte 60 gebracht wird. Die beiden Gehäuseteile 68 und 70 werden dann in feste Anlage zueinander zusammengeklappt, um das Fitting 80, die Leiterplatte 60, den Träger 46, die Feder 52 und das erste Ende 36 des Innenrohrs 30 in der gezeigten axialen Anordnung unter Aufrechterhaltung einer auf den magnetostriktiven Draht 40 wirkenden Dehnungskraft zu halten.
Die Anordnung wird dann in das erste Ende 22 des Außenrohrs 20 eingeführt und letzteres nach innen in Anlage an den Flansch 92 des Fittings 80 gebogen. Dadurch werden das gesamte Innenrohr 30 und das Gehäuse 66 gehalten.
In ihrer einfachsten Farm enthält die Einrichtung 10 nur das Außenrohr 20, den magnetostriktiven Draht 40 und die Leiterplatte 60, an der der Wandler 54 angebracht ist. Der Rückdraht verläuft von einem Ende des magnetostriktiven Drahts 40 zur Leiterplatte 60. Die Leiterplatte 60 ist fest an einem Ende des Außenrohrs 20 montiert, so daß eine Zugkraft auf den magnetostriktiven Draht 40 ausgeübt wird.
5 zeigt eine weitere Anwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung 10. In diesem Ausführungsbeispiel enthält ein Flüssigkeitsbehälter oder -tank 96, der typischerweise zur Verarbeitung eines Fluids in einem industriellen Prozeß eingesetzt wird, Flüssigkeit, die bis zu unterschiedlichen Pegeln 98 reichen kann. Von dem Boden oder einer Stelle nahe dem Boden des Tanks 96 geht eine untere Leitung 100 aus, die einen durch Montageflansche 102 zu einem Standrohr oder einem Standglas 104 führenden Strömungsweg für das Fluid bildet. Montageflansche 106 bilden eine Verbindung einer oberen Leitung 108 mit dem oberen Teil des Tanks 96. Ein Standrohr dieser Art ist bekannt. Es enthält einen Schwimmer 110, in dem sich ein Magnet 112 befindet. Da sich das Standrohr 104 in Verbindung mit der Flüssigkeit in dem Tank 96 befindet, schwimmt der Schwimmer 110 in dem Standrohr 104 auf der Oberfläche oder dem Flüssigkeitspegel, der dem Flüssigkeitspegel 98 in dem Tank 96 entspricht.
Bei dieser Anwendung ist die Einrichtung wie vorstehend erläutert an der Außenfläche des Standrohrs 104 fest zwischen den Montageflanschen 102 und 106 angebracht. Sie erstreckt sich über den Bewegungsbereich des Magneten 112 in dem Schwimmer 110. Da die Einrichtung 10 in ihrer Gesamtheit im Inneren des Außenrohrs 20 enthalten ist, kann sie unmittelbar an die Außenfläche des Standrohrs 104 angrenzend oder direkt an dieser montiert werden, ohne daß spezielle Montageklammern oder -anordnungen erforderlich sind, wie sie vorher bei den Montageflanschen 102 und 106 nötig waren. Dadurch ist die Einrichtung 10 in einfacher Weise in einem Standrohrtank verwendbar, unabhängig von der speziellen Standrohr-Montageflanschanordnung.
In den 6 bis 12 ist eine Einrichtung 114 gemäß der Erfindung gezeigt. Die Einrichtung 114 ist, wie auch die vorstehend erläuterte Einrichtung 10, sowohl zur Positionserfassung als auch zur Erfassung eines Flüssigkeitspegels geeignet. Die Komponenten der Einrichtung 114, die identisch mit denen der Einrichtung 10 sind, haben die gleichen Bezugszeichen.
Die Einrichtung 114 hat eine Außenleitung oder ein Außenrohr 20, dessen Durchmesser zwischen dem ersten Ende 22 und dem diesem abgewandten zweiten Ende 24 im wesentlichen konstant ist. Das Außenrohr 20 hat die erforderliche Länge, wie sie durch die beiden Enden 22 und 24 vorgegeben ist. Vorzugsweise besteht das Außenrohr 20 aus einem unmagnetischen Material, so daß es magnetisch durchlässig ist. Es kann aus Messing, Edelstahl oder Kunststoff gefertigt sein. Das Außenrohr 20 kann aus einem Material bestehen, das es mit einer gewissen Starrheit versieht oder aus einem Material, das für ein gewisses Maß an Flexibilität sorgt. Das zweite Ende des Außenrohrs 20 ist mit einer Endkappe 26 verschlossen, wie in den 6 und 10 gezeigt ist. Die Endkappe 26 kann an dem zweiten Ende 24 des Rohrs 20 mittels einer Schweißverbindung, einer Presspassung, Schrauben etc. angebracht sein.
Ein optional vorgesehenes Innenrohr 30 befindet sich in dem Außenrohr 20 und erstreckt sich über einen beträchtlichen Teil der Länge des Außenrohrs 20, zumindest jedoch durch einen Meßbereich, der durch den Bewegungsbereich eines Magneten, z.B. des in 1 gezeigten Magneten 32, entlang der Außenfläche des Außenrohrs 20 festgelegt ist. Mehrere nicht dargestellte, ringförmige Abstandshalter sind entlang der Innenfläche des Außenrohrs 20 angeordnet, um das Innenrohr 30 in dem Außenrohr 20 zu halten und zumindest einen wesentlichen Teil des Innenrohrs 30 in dem Außenrohr 20 zu zentrieren. Die Abstandshalter können, wie die vorstehend unter Bezugnahme auf 4 erläuterten Abstandshalter 34, aus einem nicht magnetischen Material bestehen, z.B. Kunststoff, Messing etc.
Wie in 7 und 10 gezeigt, hat das Innenrohr 30 ein offenes erstes Ende 36 und ein offenes zweites Ende 38. In dem Innenrohr 30 ist ein dünner, magnetostriktiver Draht 40 angeordnet und dort durch mehrere ringförmige Abstandshalter, wie sie beispielsweise durch die Abstandshalter 42 in 9 gegeben sind, gehalten, die aus einem geeigneten magnetisch durchlässigen Material wie Kunststoff, Messing etc. bestehen.
Vorzugsweise besteht der magnetostriktive Draht 40 aus einer Nickel/Eisen-Legierung. Geeignet als Material für den magnetostriktiven Draht 40 ist ein schon vorher erwähntes Material Nyspan C. Der magnetostriktive Draht 40 hat ein erstes Ende 44 und ein diesem abgewandtes zweites Ende 48.
Das erste Ende 44 des magnetostriktiven Drahtes 40 ist an einen Signalabnehmer 54 gekoppelt. Bei dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Abnehmer 54 eine Spule 54, die fest an einem Substrat oder einer Leiterplatte 60 angebracht ist. Die Spule 54 umgibt konzentrisch das erste Ende 44 des magnetostriktiven Drahtes 40. In einer speziellen Ausführungsform besteht die Spule 54 aus zwei entgegengesetzt gewundenen Spulenteilen, um so einen schärferen Ausgangsimpuls bereitzustellen. Zwei Leiter erstrecken sich von der Spule 54 aus zu an der Leiterplatte 60 vorgesehenen Anschlüssen. Das erste Ende 44 des ma gnetostriktiven Drahtes 40 ist fest mit einem Anschluß 116 verbunden, der fest an der Leiterplatte 60 angebracht ist. In einer alternativen Ausführungsform enthält der Abnehmer 54 einen piezoelektrischen Wandler in Form eines kleinen, piezoelektrischen Kristalls, der an das erste Ende 44 des magnetostriktiven Drahtes 40 geklemmt ist. Der piezoelektrische Kristall arbeitet in der Weise als Wandler, daß er sich in Längsrichtung oder in Querrichtung des magnetostriktiven Drahtes 40 ausdehnt, wenn über Signaldrähte, die an dem Kristall angebracht sind, Hochspannung an den Kristallflächen angelegt wird. Dadurch wird an dem Draht 40 eine lokalisierte Torsionsspannung verursacht, die sich in beiden Richtungen längs des Drahtes 40 ausbreitet.
Das zweite Ende 48 des Drahtes 40 ist beispielsweise über eine Lötverbindung fest mit einem reflektierenden Abschluß 118 verbunden, wie in 10 gezeigt ist. Der Abschluß 118 ist in dem Ende einer rohrförmigen Hülse 120 eingeschlossen, deren anderes Ende offen ist. Ein Vorspannmittel, wie z.B. eine Kompressionsfeder 122 aus Messing, ist über eine Lötverbindung mit ihrem ersten Ende an dem reflektierenden Abschluß 118 und mit ihrem zweiten Ende an einem Anschlag 124, z.B. einer Hülse befestigt. Der Anschlag 124 ist an der Außenfläche des Innenrohrs 30 montiert oder festgelötet. Die Feder 122 übt eine Vorspannkraft auf das zweite Ende 48 des Drahtes 40 aus, so daß dieser in dem Innenrohr 30 in einer gestreckten, geraden Stellung gehalten wird.
Die rohrförmige Hülse 120, die vorzugsweise aus einem isolierenden Kunststoffmaterial besteht und so für die elektrische Isolierung zwischen dem Innenrohr 30 und dem Außenrohr 20 sorgt, ist in dem Außenrohr 20 verschiebbar angeordnet. Da jedoch der Anschlag 124 nahe dem zweiten Ende 38 des Innenrohrs 30 befestigt ist, kann die Feder 122 den reflektierenden Abschluß 118 und die Hülse 120 in Richtung des zweiten Endes 24 des Außenrohrs 20 drücken und so den magnetostriktiven Draht 40 innerhalb des Innenrohrs 30 in gerader Stellung halten.
Im folgenden wird auf 7 Bezug genommen. Die Leiterplatte 60 befindet sich vollständig innerhalb des Außenrohrs 20. An Anschlußstellen auf der Leiterplatte 60 sind Lötverbindungen zu verschiedenen Leitern aufgenommen. An der Leiterplatte 60 sind weiterhin Anschlußstellen zur Aufnahme eines Lötmetalls vorgesehen, um den ersten Endabschnitt des Innenrohrs 30 an der Leiterplatte 60 zu befestigen. Ähnliche, nicht dargestellte Lötverbindungen befinden sich an dem an deren Ende der Leiterplatte 60, um dieses Ende mit dem Innenrohr 30 zu verbinden. In der Leiterplatte 60 sind zusätzliche Aussparungen ausgebildet, durch die das Drahtpaar aus der Abnehmerspule 54 zu entsprechenden Schaltverbindungen auf der Leiterplatte 60 geführt sind. An der Leiterplatte 60 sind weiterhin geeignete Schaltungsanordnungen zur Signalverarbeitung und -erzeugung vorgesehen, wie sie aus Schaltungen bekannt sind, die zur Erfassung von Flüssigkeitspegeln und Positionen unter Verwendung magnetostriktiver Drähte bestimmt sind. Solche Schaltungsanordnungen können die in den US-Patenten 4 943 773, 5 050 430, 5 258 707, 5 274 328, 5 406 200 und 5 412 316 beschriebenen Schaltungen enthalten.
Eine Rückleitungsschaltung wird gebildet durch das zweite Ende 48 des magnetostriktiven Drahtes 40, den Abschluß 118, die Feder 122, das Innenrohr 30 und die zwischen dem Innenrohr 30 und der Leiterplatte 60 vorgesehenen Lötverbindungen.
Ein Leiterpaar 126, 128 erstreckt sich von den Lötanschlußstellen der Leiterplatte 60 zu glasgefüllten Kapselverbindungen 130, die in einer Hülse 132 angebracht sind. Die Hülse 132 nimmt einen externen Leiter 134 auf, der einzelne, mit den Kapselverbindungen 130 verbundene Leitungen enthält. Die Hülse 132 ist in einem äußeren Dichtungselement 136 montiert, das in dem ersten Ende 22 des Außenrohrs 20 dadurch befestigt ist, daß das erste Ende 22 um eine im mittleren Abschnitt des Dichtungselementes 136 ausgebildete Schulter gebogen ist. Zwischen dem äußeren Dichtungselement 136 und dem angrenzenden Außenrohr 20 befinden sich O-Ringe 137.
Nachdem das Innenrohr 30 und der Anschluß 116 mit der Leiterplatte 60 verbunden sind, wird eine Hülle oder ein Rohr 138 aus einem bei Wärme schrumpfendem, isolierendem Material über die Leiterplatte 60 und den ersten Endabschnitt des Innenrohrs 30 gezogen, bevor Wärme angewendet wird, um das Rohr 138 schrumpfen zu lassen, so daß es alle Komponenten der Leiterplatte 60, den Abnehmer 54, den Anschluß 116 und den ersten Endabschnitt des Innenrohrs 30 fest umgibt.
Wie in den 6 und 7 gezeigt, sind Mittel vorgesehen, um das Außenrohr 20 an dem Innenrohr 30 und der Leiterplatte 60 festzuklemmen sowie die Leiterplatte 60 im wesentlichen konzentrisch in dem Außenrohr 20 zu zentrieren. Diese Mittel enthalten vorzugsweise eine Quetschmanschette 140. Diese ist im wesentlichen ringförmig und besteht aus einem äußeren, vorzugsweise metallischen Ring 141 mit einer Ringnut 142 und einer inneren Kunststoffscheibe 143, die eine durchgehende Aussparung hat, mit der sie um einen abgeflachten Abschnitt der Leiterplatte 60 herum montiert werden kann. Die Quetschmanschette 140 ist längs der Leiterplatte 60 an einer Stelle nahe dem ersten Ende 22 des Außenrohrs 20 positioniert.
Beim Gebrauch wird, nachdem die Leiterplatte 60, das Innenrohr 30 und die Hülse 122 in dem Außenrohr 20 positioniert sind, ein geeignetes Werkzeug verwendet, um eine Einsenkung oder Kerbe in dem Außenrohr 20 an der Stelle der Ringnut 142 der Quetschmanschette 140 auszubilden. Auf diese Weise entsteht in dem Außenrohr 20 eine Ringnut 144, die in die in der Quetschmanschette 140 ausgebildete Ringnut 142 eingreift, wodurch die Leiterplatte 60 und das Innenrohr 30 relativ zum Außenrohr 20 fixiert werden.
Ein oder mehrere Temperatursensoren 150 sind längs des Innenrohrs 30 voneinander beabstandet befestigt, wie dies in den 8 und 9 für einen Temperatursensor 150 gezeigt ist. Ein Leiterpaar 152 ist über nicht gezeigte Anschlußstellen mit der Leiterplatte 60 verbunden. Das andere Ende des Leiterpaars 152 ist beispielsweise über eine Lötverbindung mit Klemmleisten einer Halterung oder kleinen Leiterplatte 154 verbunden, die an einer Stelle, an der die Umgebungstemperatur zu bestimmen ist, an dem Innenrohr 30 festgelötet oder in anderer Weise befestigt ist. An der Leiterplatte 154 ausgebildete Leiterzüge sind mit einem Thermistor 158 verbunden. Ein Überzug oder Rohr aus einem geeigneten isolierenden Material, z.B. einem unter Wärmeeinwirkung schrumpfenden Kunststoff 160, umgibt die Leiterplatte 154 und die Verbindungen zu dem Leiterpaar 152. Der Thermistor 158 ragt aus dem isolierenden Rohr 160 nach außen.
Zusätzliche, nicht gezeigte Leiter können von an der Leiterplatte 60 ausgebildeten Verbindungen zu zusätzlichen Temperatursensoren 150 geführt sein, die längs des Innenrohrs 30 in geeigneter Weise voneinander beabstandet sind.
In 11 ist ein alternatives Anschlußstück oder Adapter 164 gezeigt, der in das mit einem Gewinde versehene Ende 22 des Außenrohrs 20 geschraubt ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Anschlußstück 164 mehrpolig und enthält in einer Buchse oder einem Gehäuse mehrere Stifte, die an einem Ende an die Leiter und an dem anderen Ende an passende Stifte oder Buchsen eines nicht gezeigten, passenden Verbindungsstücks anschließbar sind. Das Anschlußstück ist beispielsweise ein mit einer einzigen Keilnut versehener M14×1-Stecker mit Außengewinde, der von Brad Harrison gefertigt wird. Dieser Stecker ist auch unter der englischen Bezeichnung "Micro-Change single keyway M14×1 male receptacle" bekannt.
Ein erstes Ende 166 des Anschlußstücks 164 ist in das erste Ende 22 des Außenrohrs 20 geschraubt. Das andere Ende 168 des Verbindungsstücks 164 ragt von einem Sechskantring 170 nach außen. Ein O-Ring 172 sitzt zwischen dem ersten Ende 22 des Außenrohrs 20 und dem Sechskantring 170.
Eine andere Ausführungsform eines Anschlußstücks 180 ist in 12 gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein als rohrförmige Hülse ausgebildeter Adapter 182 z.B. über eine Lötverbindung an dem ersten Ende 22 des Außenrohrs 20 befestigt. Der Adapter 182 hat eine innere, sich von einem ersten Ende aus erstreckende Bohrung 184 mit einem Innendurchmesser, der gleich dem Außendurchmesser des Außenrohrs 20 ist. Auf diese Weise ist für eine enge Passung zwischen diesen beiden Komponenten gesorgt, wenn der Adapter 182 auf dem Außenrohr 20 montiert ist, wie in 12 gezeigt ist.
Ausgehend von dem entgegengesetzten Ende des Adapters 182 erstreckt sich eine gestufte Bohrung, die ein erstes Ende eines Einsatzstücks 186 aufnimmt, wie es beispielsweise das von Brad Harrison gefertigte 2- bis 6-polige Einsatzstück darstellt, das auch unter der englischen Bezeichnung "Mini-Change 2-6 pole receptacle insert" bekannt ist.
In beiden, in den 11 und 12 dargestellten Ausführungsbeispielen könnte die interne Hülse jedes Anschlußstücks 164 oder Einsatzstücks 186 für sich selbst ohne das mit dem Gehäuse versehene, äußere Gehäuse verwendet und über eine Presspassung oder in anderer Weise fest in dem Ende des Außenrohrs 20 angebracht werden.
Die Erfindung ist auch als Linearauslenkungswandler oder Positionserfassungsvorrichtung verwendbar. 13 zeigt einen Auslenkungswandler nach dem Stand der Technik, der eine herkömmliche Positionserfassungsvorrichtung 200 verwendet. Das Außenrohr 201 des Wandlers 200 ist in einer Bohrung 202 in einer Kolbenstange 204 fest mit einem Kolben 206 verbunden, der fest in einem Zylinder 208 angebracht ist, der mit einem unter Druck gesetzten Fluid betätigt wird. Wie üblich, besteht der Zylinder 208 aus einer zylindrischen Seitenwand 210, die zwischen gegenüberliegenden Stirnwänden 212, 214 montiert ist. Ein Ende der Kolbenstange 204 ragt durch eine in der Endwand 214 ausgebildete Öffnung und ist hin- und herverschiebbar.
Das Außenrohr 201 des Wandlers 200 ist in dem Zylinder 208 zwischen den Stirnwänden 212 und 214 über einen mit einem Gewinde versehenen Adapter 216 befestigt, der in eine in der Stirnwand 212 ausgebildete Gewindebohrung geschraubt ist. Der Adapter 216 ist z.B. über eine Lötverbindung an einem Ende des Außenrohrs 201 befestigt. Ein vergrößerter Kopf (Gehäuse) 218 ist extern an den Adapter 216 gekoppelt und befindet sich außerhalb der Stirnwand 212, wie in 13 gezeigt ist. Der Kopf 218 enthält die Abnehmervorrichtung und die Verarbeitungsschaltung, die dem in dem Rohr 201 angebrachten magnetostriktiven Draht zugeordnet sind. Ein O-Dichtungsring 220 befindet sich zwischen einer Gewindemutter und dem Adapter 216. An dem Kopf 218 ist ein geeignetes Verbindungsstück 222 montiert, um die externen Leitungen mit dem Kopf 218 zu verbinden.
Ein optional vorgesehenes Hülsenelement 224 ist an einen Magneten 226 und ein Abstandselement 228 angrenzend an dem Rohr 201 angebracht. Der Magnet 226, das Abstandselement 228 und das Hülsenelement 224 sind an dem Kolben 206 befestigt und zusammen mit diesem bewegbar. Die Bewegung des Kolbens 206 und der anderen vorstehend genannten Komponenten hängt davon ab, welche Kammer innerhalb des Zylinders 208 durch das Fluid unter Druck gesetzt ist. Auf diese Weise kann der magnetostriktive Draht in dem Außenrohr 201 die Position des Magneten 226 und damit auch die Position des mit diesem verbundenen Kolbens 206 erfassen, und zwar für jede beliebige Position des Kolbens 206 innerhalb des Zylinders 208.
Der vergrößerte Durchmesser und die Länge des Kopfs 218 an dem Ende der Stange 201 machen es jedoch erforderlich, daß der Kopf 218 außerhalb der Stirnwand 212 des Zylinders 208 angebracht werden muß. Dies ist in solchen Anwendungen akzeptabel, in denen sich der Zylinder 208 nicht zu nahe der angrenzenden Apparatur befindet. In bestimmten Anwendungen ist jedoch der Zylinder 208 an Komponenten angebracht, die sich in der Nähe der Stirnwand 212 befinden. In diesen Anwendungen kann der in 13 gezeigte Wandler 200 nicht eingesetzt werden.
14 zeigt einen Linearauslenkungswandler (Positionserfassungsvorrichtung), in dem die vorstehend beschriebene und in den 6 bis 10 gezeigte Einrichtung 20 zum Einsatz kommt. Die Einrichtung 20 erlaubt es, einen unter Druck gesetzten, fluidbetätigten Zylinder an der Stirnwand 212 an einer angrenzenden Komponente anzubringen, wie es beispielsweise einen in 14 gezeigten Zapfen 230 darstellt. Der Zapfen 230 ist beispielsweise über eine Lötverbindung fest mit der Stirnwand 212 verbunden. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel hat das Außenrohr 20 einen Adapter 232, der z.B. über eine Lötverbindung an dem ersten Ende 22 befestigt ist. Der Adapter 232 enthält ein erstes, mit einem Gewinde versehenes Ende 234 und eine Sechskantmutter 236. Das Ende 234 ragt aus dem ersten Ende 22 des Außenrohrs 20 nach außen. Eine Bohrung 238 ist im wesentlichen mittig in der Stirnwand 212 ausgebildet und nimmt das Ende 234 des Adapter 232 auf, so daß das Außenrohr 20 an der Stirnwand 212 des Zylinders 208 befestigt ist. Die Sechskantmutter 236 sitzt in einem vergrößerten Endabschnitt 239 der Bohrung 238 und ist dem Inneren des Zylinders 208 zugewandt. An der Innenfläche einer in dem Kolben 206 ausgebildeten Bohrung 242 sind mindestens ein beispielsweise ringförmiger Magnet 240 oder mehrere, in Umfangsrichtung beabstandete Magnete 240 befestigt. Die Magnete 240 sind zusammen mit dem Kolben 206 längs des äußeren Gehäuses 20 verschiebbar. Die Bewegung der Magnete 240 fällt also mit der Bewegung des Kolbens 206 innerhalb des Zylinders 208 zusammen, die davon abhängt, welche der Kammern in dem Zylinder 208 beiderseits des Kolbens 206 mit dem unter Druck gesetzten Fluid gefüllt ist.
Ein Leiter, z.B. ein Zweidrahtleiter 244, erstreckt sich durch die Stirnwand 212 und eine in dem Lager 230 ausgebildete Bohrung zu einem an einem Ende angeordneten, abgedichteten Anschluß zu den in dem Außenrohr angeordneten Leitern und einem externen Anschlußstück 246. Das Anschlußstück 246 ist beispielsweise ein Deutsch Connector, Modell Nr. DT04-2P-EP.
15 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, das als Linearauslenkungswandler in einem fluidbetätigten Zylinder eingesetzt wird. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Adapter 232 in einer Weise an dem ersten Ende 22 des Außenrohrs 20 angebracht, die umgekehrt ist zu der in 14 gezeigten. In diesem Ausführungsbeispiel hat der Adapter 232 ein mit einem Gewinde versehenes Ende 234, das beispielsweise über eine Lötverbindung an dem ersten Ende 22 des Außenrohrs 20 montiert ist. Das Ende 234 des Adapters 232 ist in eine mit einem Gewinde versehene Bohrung 252 geschraubt, die sich in der Stirnwand 212 befindet. Die Sechskantmutter 236 befindet sich in einer in der Stirnwand 212 ausgebildeten Bohrung 250, die von der Stirnwand 212 nach außen hin offen ist. Die Stirnwand 212 kann jedoch immer noch an dem Zapfen 230 angebracht werden, wie dies in 14 gezeigt ist. Der Leiter 244 ist in gleicher Weise aus dem Inneren des Außenrohrs 20 zu dem externen Anschluß 246 geführt, wie dies in 14 gezeigt ist.
Bei der beschriebenen Einrichtung, die der Positionserfassung oder der Erfassung eines Flüssigkeitspegels dient, sind alle Betriebskomponenten der Einrichtung in einem Außenrohr enthalten, dessen Durchmesser über seine Länge im wesentlichen konstant und so klein ist, daß es leicht in vorhandene Tanköffnungen eingebaut werden kann. Mit Stiften versehene Anschlußstücke sind in dem Ende des Außenrohrs angebracht, um die Verbindung mit passenden Stiftleitern herzustellen, die an externen elektrischen Leitern vorgesehen sind.
Der Zusammenbau der erfindungsgemäßen Einrichtung ist besonders einfach, da die Leiterplatte direkt an dem Innenrohr befestigt und in dem Außenrohr mittels einer ringförmigen Scheibe zentriert werden kann, die um die Leiterplatte herum angebracht ist und an die das Außenrohr durch Umbiegen befestigt ist.
Wird die erfindungsgemäße Einrichtung in einem fluidbetätigten Zylinder verwendet, so kann sie in diesem so montiert werden, daß alle Betriebskomponenten der Einrichtung einschließlich aller Montagefittings vollständig innerhalb der äußeren Fläche einer Stirnwand des Zylinders enthalten sind. Die Einrichtung kann so in allen Zylindermontageanwendungen verwendet werden, insbesondere in solchen, in denen der Zylinder über seine Stirnwand an anderen Komponenten, z. B. an schwenkbaren Zapfen, angebracht ist.

Claims

Einrichtung (10) zur Positionserfassung mit einem durch ein Meßfeld geführten magnetostriktiven Draht (40) und mindestens einem Magneten, der durch das Meßfeld bewegbar ist, um in dem magnetostriktiven Draht (40) Störungen auszulösen, sowie folgenden weiteren Komponenten: einem mit einem ersten Ende (22) und einem diesem abgewandten zweiten Ende (24) versehenen, magnetisch durchlässigen Außenrohr (20), in dem der magnetostriktive Draht (40) fest angebracht ist, einer in dem Außenrohr (20) angebrachten und mit dem magnetostriktiven Draht (40) verbundenen Abnehmervorrichtung (54) zum Ausgeben von Signalen, die sich längs des magnetostriktiven Drahtes (40) ausbreiten, einer vollständig in dem Außenrohr (20) angeordneten Schaltungsvorrichtung (60), die elektrische Signale in den magnetostriktiven Draht (40) einkoppelt sowie aus dem magnetostriktiven Draht (40) stammende elektrische Signale verarbeitet, einer in dem ersten Ende (22) des Außenrohrs (20) fest angebrachten Anschlußvorrichtung (80), die mehrere zum Anschluß an externe Leiter bestimmte Stifte enthält, die an einem Ende elektrisch an aus der Schaltungsvorrichtung (60) herausgeführte Leiter anschließbar sind, und einer Befestigungsvorrichtung, mit einem Ringelement (140), das die Schaltungsvorrichtung (60) umgibt und eine äußere Ringnut (142) hat, und einer in dem Außenrohr (20) ausgebildeten Einsenkung, die in die Ringnut (142) eingreift, wodurch das Außenrohr (20), das Ringelement (140) und die Schaltungsvorrichtung (60) fest miteinander verbunden sind.
Einrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußvorrichtung ein Gewinde hat, das auf ein Außengewinde eines Anschlußstücks (164) schraubbar ist.
Einrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußvorrichtung ein Gewinde hat, das auf ein an dem ersten Ende (22) des Außenrohrs (20) ausgebildetes Gewinde paßt.
Einrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußstück (164) in dem ersten Ende (22) des Außenrohrs (20) angebracht ist, um aus der Schaltungsvorrichtung (60) herausgeführte elektrische Leiter an externe Leiter anzuschließen.
Einrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußstück (164) mehrpolig ist.
Einrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußstück (164) an seinem ersten Ende ein Außengewinde hat, das in ein in dem ersten Ende (22) des Außenrohrs (20) ausgebildetes Innengewinde schraubbar ist.
Einrichtung (10) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußstück (164) an seinem zweiten Ende ein Außengewinde hat, mit dem es an ein mit einem Gewinde versehenes externes Verbindungsstück anschließbar ist.
Einrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußvorrichtung versehen ist mit einem Adapter (182), der an dem ersten Ende (22) des Außenrohrs (20) befestigt ist, und einem Einsatzstück (186), das in dem Adapter (182) angebracht ist und Stifte trägt.
Einrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Adapter (182) an seinem einen Ende ein Gewinde hat, das mit einem Gewinde eines externen Verbindungsstücks zusammenpaßt.
Einrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsvorrichtung die Schaltungsvorrichtung (60) in dem Außenrohr (20) zentriert.
Einrichtung zur Positionserfassung bei einem fluidbetätigten Zylinder (208), der versehen ist mit einem Kolben (206), der in einer inneren Kammer zwischen einer ersten Stirnwand (212) und einer dieser gegenüberliegenden zweiten Stirnwand (214) verschiebbar angebracht ist, und einer an dem Kolben (206) angebrachten Kolbenstange (204), die durch eine in der zwei ten Stirnwand (214) ausgebildete Öffnung tretend ausfahrbar ist, wobei die Einrichtung versehen ist mit einem mit einem ersten Ende (22) und einem diesem abgewandten zweiten Ende (24) versehenen, magnetisch durchlässigen Außenrohr (20), das verschiebbar in der Kolbenstange (204) aufgenommen ist, einem in dem Außenrohr (20) fest angebrachten magnetostriktiven Draht (40), einer in dem Außenrohr (20) angebrachten und mit dem magnetostriktiven Draht (40) verbundenen Abnehmervorrichtung (54) zum Ausgeben von Signalen, die sich längs des magnetostriktiven Drahtes (40) ausbreiten, einer vollständig in dem Außenrohr (20) angeordneten Schaltungsvorrichtung (60), die elektrische Signale in den magnetostriktiven Draht (40) einkoppelt sowie aus dem magnetostriktiven Draht (40) stammende elektrische Signale verarbeitet, einem in dem Kolben (206) angebrachten Magneten (240) und einer an dem ersten Ende (22) des Außenrohrs (20) gehaltenen Befestigungsvorrichtung (232) zum Befestigen des ersten Endes (22) des Außenrohrs (20) an der ersten Stirnwand (212) des Zylinders (208), wobei die Befestigungsvorrichtung (232) vollständig innerhalb der Außenfläche der ersten Stirnwand (212) angeordnet ist.
Einrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine in der ersten Stirnwand (212) ausgebildete Bohrung (238), die einen ersten gewindelosen Abschnitt und einen zweiten, mit einem Gewinde versehenen Abschnitt hat, und einer an dem ersten Ende (22) des Außenrohrs (20) befestigten Befestigungsvorrichtung (232), die in dem ersten Abschnitt der Bohrung (238) positionierbar ist und einen mit einem Gewinde versehenen Endabschnitt hat, der in den in der ersten Stirnwand (212) ausgebildeten zweiten Abschnitt schraubbar ist, um das Außenrohr (20) an der ersten Stirnwand (212) zu befestigen.
Einrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch elektrische Leiter, die aus der in dem Außenrohr (20) angeordneten Schaltungsvorrichtung (60) herausgeführt sind und sich durch das erste Ende des Außenrohrs (20) und die Befestigungsvorrichtung (232) zu einem externen Verbindungsstück erstrecken.
Einrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß sich der mit dem Gewinde versehene, zweite Abschnitt der Bohrung von der der inneren Kammer des Zylinders (208) abgewandten Fläche der ersten Stirnwand (212) aus erstreckt.
Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsvorrichtung (232) eine Mutter hat, die in dem ersten Abschnitt der in der ersten Stirnwand (212) ausgebildeten Bohrung sitzt.