DE3123572C2

DE3123572C2 - Meßsystem zum berührungslosen Erfassen von Kolbenstangenpositionen

Info

Publication number: DE3123572C2
Application number: DE19813123572
Authority: DE
Inventors: Harald 2427 Malente Klocke
Original assignee: H Kuhnke Kg 2427 Malente De GmbH
Current assignee: H Kuhnke Kg 2427 Malente De GmbH
Priority date: 1981-06-13
Filing date: 1981-06-13
Publication date: 1986-12-11
Also published as: DE3123572A1

Abstract

Das vorliegende Meßsystem zum berührungslosen Erfassen von Positionen der Kolbenstange einer Kolben-Zylinder-Einheit besitzt einen Meßfühler, der sich in einer Längsbohrung der relativ zu ihm axial verstellbaren Kolbenstange befindet und je nach Stellung der Kolbenstange unterschiedliche Ausgangssignale zur Darstellung der jeweiligen Kolben stangenposition erzeugt. In der Kolbenstangenbohrung ist zumindest ein Magnetspeicher längsverlaufend angeordnet, der mit Codierungen versehen bzw. versehbar ist, welche den jeweils zu erfassenden Kolbenstangenpositionen zugeordnet sind. Weiter ist zumindest ein Lesekopf als Teil des ortsfesten Meßfühlers vorgesehen, der bei Stillstand und Verstellung der Kolbenstange und damit des Magnetspeichers die Codierung bzw. Codierungen liest und die weiterzuverarbeitenden Ausgangssignale erzeugt.

Description

Material verschiedene Reibwerte haben, die ein unerwünschtes, ruckartiges Gleiten der Kolbenstange in ihrer im Zylinderkopf vorgesehenen Führung zur Folge haben werden.

Ferner ist es gemäß der DE-OS 29 45 895 bekannt, zur berührungslosen Erfassung einer Vielzahl von Kolbenstangenpositionen an der Kolbenstange zwei .Magnetspeicherwege ortsfest vorzusehen und jedem Weg einen zum Zylinder ortsfesten Magnetfeldsensor zuzuordnen. Die Sensoren erfassen die magnetische Teilung der Magnetspeicherwege und entwickeln daraus elektrische Signale, die einem externen Schaltkreis zugeleitet werden, der wiederum daraus die jeweilige Kolbenstangengenposition erarbeitet Die so erarbeitete Position wird einer Programmschaltung zugeleitet, die wiederum die Kolbenzylindereinheit entsprechend dem gewählten Programm steuert

Dieses vorbekannte Meßsystem ermöglicht lediglich die Feststellung der augenblicklichen Position der Kolbenstange, so daß für den Gesamtbetrieb der Einheit eine umfangreiche externe Steuerschaltung erforderlich ist, um z. B. verschiedene Bewegungen der Kolbenstange durchführen zu können, wobei die externe Schaltung umso aufwendiger im Aufbau ist wenn sie ortsgebundene Parameter berücksichtigen soll.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Verbesserung eines Meßsystemes der einleitend angeführten Art dahingehend, daß es außer der genauen Erfassung der Kolbenstangenpositionen möglich ist, vorbestimmten oder vorbestimmbaren Positionen der Kolbenstange bzw. des Zylinders in der Einheit wählbar festlegbare Steuersignale zuzuordnen, um die Kolbenzylindereinheit intern programmieren zu können.

Die Lösung der Aufgabe geht von dem angegebenen Meßsystem aus und ist in dem Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegeben.

Bevorzugte Ausführungsformen des Gegenstandes der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Das so ausgebildete, kompakt und einfach aufgebaute sowie sicher funktionierende Meßsystem gestattet nicht nur in bezug auf den vorgegebenen Gesamthubweg der Kolbentange die Erfassung der jeweiligen Kolbenstangenposition bei kleinsten Bewegungsstrecken und bei Stillstand, sondern auch ein freies Programmieren der Kolben-Zylinder-Einheit, da sie codierfähig ist Dabei ist es weiter vorteilhaft, daß das Codieren ohne Demontage der Einheit erfolgen kann.

Somit kann die erfindungsgemäße Einheit gewisse Aufgaben einer Programmsteuerung selbst übernehmen, indem der in der Einheit untergebrachte, löschfähige Speicher je nach Aufgabenstellung mit der gewünschten Codierung versehen wird, die z. B. mit einem übergeordneten, externen und folglich im Aufbau vereinfachten Steuerkreis zusammenarbeiten kann, um die beabsichtigten Kolbenstangenbewegungen programmgemäß durchführen zu können. Dies ist z. B. dann von Vorteil, wenn die Einheit eine größere Masse ortsgenau zum Stillstand bringen muß. In einem solchen Fall kann

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schwindigkeitsverzögerung bewegt bzw. abgebremst werden, und diese Verzögerung erlaubt ein ortsgenaues Anhalten der Kolbentange und damit der erwähnten Masse, und zwar an jeder beliebigen Stelle des Gesamthubes der Kolbenstange. Wenn die Einheit bei entsprechender Ausgestaltung der Codierung nicht demontiert zu werden braucht, können ferner beispielsweise Korrekturen der Codierung schnell und einfach direkt vor Ort erfolgen. Es ist daher auch möglich, die Codierung selbst vor Ort vorzunehmen, ohne daß die Einheit demontiert oder teilweise demontiert werden muß. In jedem Fall können ortsgebundene Parameter auf einfache Weise berücksichtigt werden.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezug auf die Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

Fig. leine erste Ausführungsform der Erfindung im Axialschnitt

F i g. 2 einen Schnitt gemäß der Linie H-II in F i g. 1,

F i g. 3 eine zweite Ausführungsform im Axialschnitt Fig.4 und 5 Einzelteile der zweiten Ausführungsform in Seitenansicht

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel nach den F i g. 1 und 2 besteht die hydraulisch oder pneumatisch betriebene Kolben-Zylinder-Einheit aus dem Zylinder t mit seinem Fußabschluß 2 und seinem Kopfabschluß 3 sowie der Kolbenstange 4 mit dem Kolben 5. Die Kolbenstange 4 weist eine von ihrem Kolbentragende ausgehende zentrale Längsbohrung 6 auf, in die ein am Zylinderfußabschluß 2 starr befestigter, als Hohlstange ausgebildeter Meßfühlerhalter 7 koaxial hineinragt, und zwar bis in den Bereich des Zylinderkopfabschlusses 3. Die Längsbohrung 6 übertrifft bei vollständig eingefahrener Kolbenstange 4 das in ihrem Innern befindliche Ende des Meßfühlerhalters um ein gewisses Maß, wie noch klar wird. Am erwähnten Innenende des Halters 7 ist ein Meßfühler S befestigt, der einen axialen Durchgang 9 für einen stangenartigen Magnetspeicherträger IO aufweist der sich weiter in das hohle Innere des Meßfühlerhalters 7 erstreckt und bei vollständig eingefahrener Kolbenstange 4 bis in die Nähe des Zylinderfußabschlusses 2 reicht.

Zur ortsfesten Lagerung des Magnetspeicherträgers 10 in der Längsbohrung 6 der Kolbenstange 4 ist ein Gelenk 11 vorgesehen, das in Bewegungsrichtung der Kolbenstange spielfrei ist, aber zwecks genauer Einstellung axial verschoben werden kann. Es ist in Form eines Kugelgelenkes ausgebildet, dessen Kugelkörper 12 den Befestigungsfuß des Speicherträgers 10 bildet und in einer Gelenkpfanne 13 eines gesondert in die Längsbohrung 6 eingesetzten Lagerteiles 14 sitzt. Andererseits wird der Magnetspeicherträger im Meßfühler 8 oder dessen Halter 7 axial geführt, wozu diese Teile von einem Fachmann ohne weitere Erläuterung entsprechend ausgebildet werden können.

Der Magnetspeicherträger 10 besitzt wenigstes einen codierfähigen Magnetspeicher 15 (F i g. 2), der mehrspurig und als Magnetband, Magnetdraht oder als streifenförmige Magnetplatte ausgebildet sein kann. Ferner er-

50. streckt sich der Speicher 1 im wesentlichen über die gesamte Länge des Trägers 10. In F i g. 2 weist der Träger 10 auf seiner Unterseite einen weiteren Magnetspeicher 16 der aufgezählten Art auf, so daß ein vielfältiges Programm in den Speicher codiert sein kann. Die einzelnen Codierungen entsprechen den jeweils zu erfassenden Kolbenstangenpositionen.

Dem Magnetspeicherträger 10 ist als Teil des ortsfesten Meßfühlers 8 ein Lesekopf 17 zugeordnet, der die der jeweiligen Külbciiäiäiigcriäicüuiig ciiiapi ceneue Codierung des Speichers liest und die in einer externen Steuerung weiterzuverarbeitenden Signale erzeugt, für die eine elektrische Leitung 18 vorgesehen ist.

Die Leitung 18 verläuft im Meßfühlerhalter 7 und ist an den Lesekopf 17 angeschlossen., Ferner ist ein weiterer Lesekopf 19 vorgesehen, der dem zweiten Magnetspeicher 16 zugeordnet und mit einer elektrischen Leitung 20 verbunden ist.
In vorteilhafter Weiterbildung besteht der oder jeder

Lesekopf aus einem solchen Kopf, der auch zum Eingeben und Löschen von Codierungen fähig ist. Somit ist es auf einfache Weise möglich, daß eine bestehene Codierung gelöscht werden kann, wenn die Kolben-Zylinder-Einheit nach einem anderen Arbeitsprogramm betrieben werden soll, ohne daß die erwähnte externe Steuerung unbedingt geändert werden muß. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das gewünschte Arbeitsprogramm der Kolben-Zylinder-Einheit für den betreffenden Anwendungsfall grundsätzlich zwar stimmt, aber aufgrund der örtlichen Gegebenheiten oder anderer Umstände gewisser Korrekturen bedarf.

Durch das vorstehend erläutete Meßsystem ist die Möglichkeit gegeben, daß die erwähnte externe Steuerung einfacher ausgestattet sein kann oder auch, je nach Anwendungsfall, entfallen kann oder als übergeordnete Steuerung mehrere einzelne Kolben-Zylinder-Einheiten bedienen kann bzw. daß die so ausgestattete Kolben-Zylinder-Einheit vielseitiger eingesetzt werden kann.

In den F i g. 3, 4 und 5 ist ein abgeändertes Ausführungsbeispiel dargetellt, bei dem der Meßfühlerhalter, der Meßfühler und der Magnetspeicherräger eine andere Form aufweisen.

Der Meßfühlerhalter 21 besteht hier nicht aus einem rohrförmig ausgebildeten Teil, sondern aus einer im Querschnitt halbkreisförmigen Stange, die nur eine axiale Bohrung 21a von kleinem Durchmesser für die elektrischen Leitungen 22, 23 für die Köpfe 24, 25 aufweist. Der Halter 21 sitzt etwas radial versetzt in der Längsbohrung 6 der Kolbenstange 4, wie aus Fig.3 ersichtlich ist. Den verbleibenden Raum der Längsbohrung 6 füllt der im Querschnitt ebenfalls halbkreisförmige Magnetspeicherträger 26 aus, der dem Meßfühlerhalter 21 radial und parallel gegenüberliegt (F i g. 3) und ortsfest in der Kolbenstangenbohrung 6 angeordnet ist. Ein Magnetspeicher 27 der vorstehend erwähnten Art ist auf der Flachseite 26a des Trägers 26 befestigt, die den Köpfen 24 und 25 zugewandt ist Die Längsbohrung 6 kann somit gegenüber dem anderen Ausführungsbeispiel etwas kürzer ausgeführt werden.

Obwohl die bestimmten Spuren zugeordneten Köpfe 24,25 jeweils fähig sein können, außer lesen auch eingeben und löschen zu können, kann auch so vorgegangen werden, daß z. B. der Kopf 24 nur ein Lesekopf ist, während der Kopf 25 ein Eingabe- und Löschkopf ist Beide Köpfe sind dann für alle Spuren zuständig.

Für den jeweiligen Anwendungsfall wird der Speicher 15,16 bzw. 27 mittels des entsprechenden Eingabekopfes mit der gewünschten Codierung versehen, wobei je nach geforderter Genauigkeit der Gesamthub der KoI-benstange in entsprechend viele Codierungseinheiten unterteilt ist Auf einer anderen Spur des Speichers kann ein gewünschtes Arbeitsprogramm, das unter Umständen mit einem weiteren Programm in einer externen Steuerung zusammenarbeitet, eincodiert sein, so daß die über die Anschlüsse A und B und über den Kolben 5 mittels Druckmittel betriebene Kolbenstange an den jeweils geforderten Codierungseinheiten stillgesetzt, verzögert, in Gang gesetzt wird oder einen anderen Arbeitsgang ausführt

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 gnet verbunden und an den Orten, wo eine Positions-Patentansprüche: meldung erfolgen soll, jeweils ein Reed-Relais vorgesehen sein, das bei Betätigung eine Signalgabe einleitet,

1. Meßsystem zum berührungslosen Erfassen von sobald der Kolben den betreffenden Ort überfährt Positionen der Kolbenstange einer Kolben-Zylin- 5 (DE-PS 15 90 157). Es gibt auch kontaktlos arbeitende der-Einheit unter Verwendung von wenigstens zwei Meßsysteme von im wesentlichen gleicher Bauart, bei zum Zylinder ortsfest gehalterten Leseköpfen und denen dann anstelle von Reed-Relais Hallsonden verunter Verwendung von einer ersten und wenigstens wendet werden, deren Hallspannung durch den an ihnen einer weiteren, ortsfest mit der Kolbentange ver- vorbeibewegten Permanentmagneten verändert wird, bandenen und je eine Codierung enthaltenden Ma- io wobei diese Spannungsänderung zur Anzeige der KoI-gnetspeicher-Spurengruppe, wobei jedem Lesekopf ben- bzw. Kolbenstangenposition ausgewertet wird,
zumindest eine Spurengrupe zugeordnet ist und wo- Vor allem in der Ventiltechnik sind außerdem elektrobei zumindest die erste Spurengruppe für die Codie- nisch arbeitende Positionsgeber bekannt Dabei kann rung der Längenmaßeinteilung des Arbeitshubes etwa am Arbeitszylinder mindestens eine Feldplatte als der Einheit bestimmt ist, dadurch gekenn- 15 Geber angebracht sein, deren Widerstand durch einen zeichnet, daß zumindest eine der weiteren Ma- am Kolben sitzenden Permanentmagneten verändert gnetspeicher-Spurengruppen (16) eine löschfähige wird, sobald der Kolben durch die Geberposition fährt und von der Codierung der ersten Spurengruppe bzw. sich dieser nähert Die hierbei auftretende Wider-

(15) unabhängig codierbare Magnetspeicher-Spu- Standsänderung der Feldplatte wird zur Positionsmelrengruppe ist und daß der dieser mindestens einen 20 dung ausgewertet (DE-OS 29 15 198). Gleichfalls gibt es löschfähigen und unabhängig codierbaren Magnet- in der Ventiltechnik Meßsysteme und Positionsgeber speicher-Spurengruppe (16) jeweils zugeordnete Le- (DE-OS 1116 006 und 15 74 572), die aus zwei am Zylinsekopf (19) ein Schreib-Lese-Lösch-Kopf ist, mit derumfang angebrachten und mit Wechselstrom gespeidem die jeweilige Codierung in die Spurengruppe sten Spulen als Meßfühler bestehen, deren Kopplungs-

(16) eingeschrieben, gelesen und gelöscht werden 25 faktor durch den den Spulenort durchfahrenden Kolben kann. verändert wird, wobei auch diese Änderung wieder zur

2. Meßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Erzeugung eines Signales für die Kolbenstangenposizeichnet, daß ein länglicher, ortsfest am Zylinder (1) tion verwertet wird. Im übrigen können bei dieser Art montierter, einen axialen Durchgang (9) aufweisen- Meßsystem die Spulen auch, an einem länglichen Halter der Meßfühlerhalter (7) mit den Leseköpfen (17,19) 30 befestigt sein, der in eine axiale Bohrung der relativ zu in eine Längsbohrung (6) der Kolbenstange (4) hin- ihm verstellbaren Kolbenstange taucht (DE-GM einragt und daß ein im Bodenbereich der Längsboh- 79 10 174), so daß je nach Stellung der Kolbenstange rung befestigter Magnetspeicherträger (10) mit den bzw. des Kolbens die magnetische Kopplung der beiden Magnetspeicher-Spurengruppen (15, 16) in den Spulen verändert wird und hieraus Ausgangssignale zur axialen Durchgang (9) hineinragt. 35 Darstellung der jeweiligen Kolbenstangenpositionen

3. Meßsystem nach Anspruch 2, dadurch gekenn- entwickelt werden.

zeichnet, daß der Magnetspeicherträger (10) mit der Diese bekannten Meßsysteme und Positionsgeber ha-

Kolbenstange (4) über ein Gelenk (U)v£rbunden ist, ben im allgemeinen ein relativ großes Bauvolumen, so

das in Bewegungsrichtung der Kolbenstange spiel- daß eine Kolben-Zylinder-Einheit meist nur mit einem frei ist. 40 bzw. wenigen Meßsystemen bestückt werden kann.

4. Meßsystem nach Anspruch 3, dadurch gekenn- Hieraus folgt auch, daß solche Meßsysteme in der Praxis zeichnet, daß das Gelenk (11) als Kugelgelenk aus- eigentlich nur zur Erfassung der Endlagen und einiger gebildet ist, dessen Kugelkörper (12) den Befesti- weniger Zwischenlagen der Kolbenstange eingesetzt gungsfuß des Magnetspeicherträgers (10) bildet und werden können.

in einer Gelenkpfanne (13) eines in der Längsboh- 45 Es gibt ferner Lösungen (DE-OS 23 48 066 und

rung (6) der Kolbenstange (4) eingesetzten Lagertei- 28 55 681), bei denen in der Oberfläche der Kolbenstan-

les (14) sitzt. ge mit Abstand zueinander Vertiefungen vorgesehen

5. Meßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn- sind, die mit einem Material von im Vergleich zum KoI-zeichnet, daß ein länglicher, ortsfest am Zylinder (1) benstangenmaterial verschiedener magnetischer Leitfämontierter Meßfühlerhalter (21) mit den Leseköpfen 50 higkeit ausgefüllt sind. An einem der Zylinderköpfe ist

Pf (24, 25) in eine Längsbohrung (6) der Kolbenstange ein Meßfühler, beispielweise ein Feldplattenfühler, vor-

fj (4) hineinragt und daß dem Meßfühlerhalter ein in gesehen, der magnetisch vorgespannt ist und dessen Wi-

! ,1 der Längsbohrung (6) starr befestigter Magnetspei- derstand sich bei Bewegung der Kolbenstange perio-

i| cherträger (26) mit Magnetspeicher-Spurengruppe disch ändert, und zwar in Abhängigkeit von der Lage

Ij (27) für die Köpfe (24, 25) radial gegenüberliegend 55 der in die Kolbenstange eingebrachten Materialien und

[| und parallel verlaufend zugeordnet ist. der Geschwindigkeit der Kolbenstangenbewegung.

Auch diese Widerstandsänderungen werden dann zur

Darstellung bestimmter Kolbenstangenpositionen aus-

gcWcitct.

60 Es ist klar, daß bei solchen Meßsystemen, abgesehen

Die Erfindung betrifft ein Meßsystem zum beruh- von einem hohen Fertigungsaufwand, an die Meßgenau-

rungslosen Erfassen von Positionen der Kolbenstange igkeit keine allzu großen Anforderungen gestellt wer-

einer Kolben-Zylinder-Einheit gemäß dem Oberbegriff den können, da allein schon der mechanische Aufbau

des Patentanspruches 1. eine nur grobe Codierung und Auflösung des gesamten

Zur Anzeige bestimmter Positionen der Kolbenstan- 65 zu erfassenden Meßweges der Kolbenstange zulassen

ge bzw. des Kolbens in einem Zylinder gibt es verschie- wird. Nachteilig macht es sich außerdem bemerkbar,

dene Arten von Meßsystemen bzw. Positionsgebern. So daß das eigentliche Kolbenstangenmaterial und das ge-

kann beispielsweise mit dem Kolben ein Permanenlma- sondert in die Kolbenstangenoberfläche eingebrachte