DE9109026U1 - Sliding contact sensor device - Google Patents

Sliding contact sensor device

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    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Description

91 G 3 3 hlDE 91 G 3 3 hlDE

Siemens AktiengesellschaftSiemens AG

Schleifkontakt-Sensoreinrichtung
5Sliding contact sensor device
5

Die Erfindung betrifft eine Schleifkontakt-Sensoreinrichtung zur Messung des Weges von Maschinenteilen oder Maschinen mit Kolben-Zylindereinheiten, insbesondere im untertägigen Bergbau, z.B. von Schreitausbaugestellen, die eine gewickelte, als Potentiometer ausgebildete Spule und einen entlang der Spule bewegten Schleifkontakt aufweist, die ein stellungsproportionales Signal erzeugen, wobei die Einrichung im Kolben der Kolben-Zylindereinheit angeordnet ist und einen magnetischen Mitnehmer für den Schleifkontakt aufweist, der über ein im Kolben der Kolben-Zylindereinheit angeordnetes Ringmagnetsystem eine der Kolbenbewegung entsprechende Bewegung ausführt.The invention relates to a sliding contact sensor device for measuring the travel of machine parts or machines with piston-cylinder units, in particular in underground mining, e.g. of moving support frames, which has a wound coil designed as a potentiometer and a sliding contact moved along the coil, which generate a position-proportional signal, wherein the device is arranged in the piston of the piston-cylinder unit and has a magnetic driver for the sliding contact, which carries out a movement corresponding to the piston movement via a ring magnet system arranged in the piston of the piston-cylinder unit.

Eine solche Einrichtung ist aus DE-OS 39 40 886 im Prinzip bekannt.
20Such a device is known in principle from DE-OS 39 40 886.
20

Für entsprechende Einrichtungen soll eine Ausbildung angegeben werden, die folgende Aufgaben löst:For corresponding institutions, training should be provided that solves the following tasks:

- Die zu schaffende Einrichtung soll einfach und kostengünstig aufgebaut sein,- The facility to be created should be simple and cost-effective,

- sie soll extrem zuverlässig sein, auch z.B. bei Rüttel- oder Stoßbelastung über 10 g,- it should be extremely reliable, even under vibration or shock loads of more than 10 g,

- sie soll den Schleifkontakt sicher justiert halten, und zwar sowohl axial justiert, als auch winkeljustiert.- it should keep the sliding contact securely adjusted, both axially and angularly adjusted.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst,The task is solved by

- daß das Ringmagnetsystem mindestens zwei koaxial zur Bewegungsrichtung des Kolbens in einem Abstand angeordnete Ringmagnete aufweist,- that the ring magnet system has at least two ring magnets arranged coaxially to the direction of movement of the piston at a distance,

Kst/Doe / 19.07.1991Kst/Doe / 19.07.1991

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- daß der Mitnehmer mindestens zwei Mitnehmermagnete aufweist, die ebenfalls koaxial zur Bewegungsrichtung des Kolbens in einem Abstand angeordnet sind,- that the driver has at least two driver magnets, which are also arranged coaxially to the direction of movement of the piston at a distance,

- wobei der Abstand zwischen den Ringmagneten und der Abstand zwischen den Mitnehmermagneten im wesentlichen derselbe ist.- wherein the distance between the ring magnets and the distance between the driver magnets are essentially the same.

Wie Versuche gezeigt haben, ist die Justiergenauigkeit mit zwei und mehr Magneten erstaunlicherweise erheblich höher als mit nur einem Magneten, auch wenn die Einrichtung bereits mit einem Magneten prinzipiell funktionsfähig ist.As tests have shown, the adjustment accuracy with two or more magnets is surprisingly significantly higher than with just one magnet, even if the device is already functional in principle with one magnet.

Durch die Verwendung von mindesten zwei Ringmagneten und mindestens zwei Mitnehmermagneten, die im jeweils gleichen Abstand voneinander angeordnet sind, wird weiterhin erreicht, daß der Schleifkontakt geradlinig entlang der Spule bewegt wird und sich nicht verkanten kann. Wenn genau zwei Ringmagnete und genau zwei Mitnehmermagnete benützt werden, ist der mechanische Aufbau insbesondere des Ringmagnetsystems besonders einfach, da in diesem Fall der Abstand der Ringmagnete voneinander durch einen Abstandhalter erreicht werden kann, der zwischen die Ringmagnete eingefügt ist.By using at least two ring magnets and at least two driver magnets, which are arranged at the same distance from each other, it is also ensured that the sliding contact is moved in a straight line along the coil and cannot become jammed. If exactly two ring magnets and exactly two driver magnets are used, the mechanical structure of the ring magnet system in particular is particularly simple, since in this case the distance between the ring magnets can be achieved by a spacer that is inserted between the ring magnets.

Um ein Verkanten und Verklemmen des Schleifkontakts mit Sicherheit zu vermeiden, sollte der Abstand der Ringmagnete gleich der Hälfte bis dem Dreifachen des Ring-Innendurchmessers der Ringmagnete ist, vorzugsweise in etwa gleich dem Ring-Innendurchmesser sein.In order to avoid tilting and jamming of the sliding contact, the distance between the ring magnets should be equal to half to three times the inner diameter of the ring magnets, preferably approximately equal to the inner diameter of the ring.

Die Magnete sind vorzugsweise aus einem Material mit einer hohen Koerzitivfeldstarke, z.B. aus einer Neodym-Eisen-Bor-Legierung. The magnets are preferably made of a material with a high coercive field strength, e.g. a neodymium-iron-boron alloy.

Derartige Magnete sind z.B. von der Vacuumschmelze GmbH erhältlich, siehe deren Prospekt M 054 vom Juli 1989. 35Such magnets are available from Vacuumschmelze GmbH, for example, see their brochure M 054 from July 1989. 35

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Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, anhand der Zeichnungen und in Verbindung mit den weiteren Unteransprüchen. Es zeigen:
5Further advantages and details emerge from the following description of an embodiment, based on the drawings and in conjunction with the further subclaims. They show:
5

FIG 1 eine Prinzipdarstellung einer Kolben-Zylindereinheit mitFIG 1 a schematic diagram of a piston-cylinder unit with

Wegsensor und die
FIG 2 und 3 den Aufbau des Schleifkontakts.Displacement sensor and the
FIG 2 and 3 show the structure of the sliding contact.

Bei der Beschreibung des Ausführungsbeispiels wird von der aus der DE-OS 39 AO 886 bekannten Einrichtung ausgegangen.The description of the embodiment is based on the device known from DE-OS 39 AO 886.

Gemäß FIG 1 weist das Ringmagnetsystem zur Führung und Justierung des Mitnehmers 7 zwei Ringmagnete 1, I1 auf, die durch den Abstandhalter 2 im Abstand D voneinander fixiert sind. Die Ringmagnete 1, I1 sind zusammen mit dem Abstandhalter 2 derart im Kolben 3 der Kolben-Zylindereinheit A angeordnet, daß sie konzentrisch zur Kolbenachse A orientiert sind. Ebenfalls konzentrisch zur Kolbenachse A ist das Hüllrohr 5 angeordnet, das über ein Gewinde 6, z.B. ein M30-Gewinde, in der Kolben-Zylindereinheit A befestigt ist.According to FIG. 1, the ring magnet system for guiding and adjusting the driver 7 has two ring magnets 1, 1 1 , which are fixed at a distance D from one another by the spacer 2. The ring magnets 1, 1 1 are arranged together with the spacer 2 in the piston 3 of the piston-cylinder unit A in such a way that they are oriented concentrically to the piston axis A. The jacket tube 5 is also arranged concentrically to the piston axis A and is fastened in the piston-cylinder unit A via a thread 6, e.g. an M30 thread.

Der Durchmesser des Hüllrohres 5 muß selbstverständlich kleiner als der Innendurchmesser der Ringmagnete 1, I1 sein, sollte andererseits aber diesen Durchmesser nicht wesentlich unterschreiten. Der Ring-Innendurchmesser der Magnete 1, 1' sollte zwischen 10 und AO, vorzugsweise zwischen 15 und 25 mm, liegen. Im Ausführungsbeispiel ist er 19 mm. Der Außendurchmesser der Ringe 1, I1 ist 25 mm, die Dicke 3 mm.The diameter of the cladding tube 5 must of course be smaller than the inner diameter of the ring magnets 1, 1' , but on the other hand should not be significantly less than this diameter. The inner ring diameter of the magnets 1, 1' should be between 10 and 0, preferably between 15 and 25 mm. In the example shown it is 19 mm. The outer diameter of the rings 1, 1 ' is 25 mm, the thickness 3 mm.

Der Abstand D der Ringmagnete 1, 1' sollte einerseits aus Gründen der Positioniergenauigkeit den halben Ring-Innendurchmesser nicht unterschreiten, sollte andererseits aber aus Gründen der Baulänge das Dreifache des Ring-Innendurchmessers nicht übersteigen.The distance D of the ring magnets 1, 1' should not be less than half the ring inner diameter on the one hand for reasons of positioning accuracy, but on the other hand should not exceed three times the ring inner diameter on the other hand for reasons of overall length.

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Im Hüllrohr 5 ist der Mitnehmer 7 derart angeordnet, daß die Spitzen 8 der Schleifkontakte 11, II1 auf die nicht dargestellte Stromschiene und das ebenfalls nicht dargestellte Potentiometer gedrückt werden. Das Potentiometer und auch die Stromschiene haben typisch einen Durchmesser von 3 mm, auf jeden Fall aber zwischen 1 und 5 mm.The driver 7 is arranged in the casing tube 5 in such a way that the tips 8 of the sliding contacts 11, II 1 are pressed onto the busbar (not shown) and the potentiometer (also not shown). The potentiometer and the busbar typically have a diameter of 3 mm, but in any case between 1 and 5 mm.

Die FIG 2 und 3 zeigen den Schleifer 7 von oben bzw. von der Seite.FIGS 2 and 3 show the grinder 7 from above and from the side respectively.

Gemäß den Figuren 2 und 3 besteht der Mitnehmer 7 im wesentlichen aus einem Träger 9, auf den Mitnehmermagnete 10, 10' aufgeklebt sind. Weiterhin sind an den Träger 9 zwei Kontakte 11, 11' montiert, z.B. angeschraubt oder angelötet. Der eine Kontakt 11 gleitet im Betrieb auf der Stromschiene, der andere auf dem Potentiometer. Die Magnete 10, 10' sind auf den Träger 9 in einem Abstand d aufgeklebt, der im wesentlichen gleich dem Abstand D, vorzugsweise gleich dem Abstand D ist, in dem die Ringmagnete 1, 1' angeordnet sind. Die Magnete 10, 10' sind beispielsweise kleine Stabmagnete in Quaderform, z.B. der Größe 7x3x2 mm. Sie sind vorzugsweise mit einer ihrer Hauptflächen (7x3 mm) auf den Mitnehmer 7 aufgeklebt und in Richtung der 3 mrn-Richtung, d.h. parallel zur Kolbenachse A, magnetisiert. According to Figures 2 and 3, the driver 7 essentially consists of a carrier 9, onto which driver magnets 10, 10' are glued. Furthermore, two contacts 11, 11' are mounted on the carrier 9, e.g. screwed or soldered. One contact 11 slides on the busbar during operation, the other on the potentiometer. The magnets 10, 10' are glued to the carrier 9 at a distance d that is essentially equal to the distance D, preferably equal to the distance D at which the ring magnets 1, 1' are arranged. The magnets 10, 10' are, for example, small bar magnets in cuboid shape, e.g. of size 7x3x2 mm. They are preferably glued to the driver 7 with one of their main surfaces (7x3 mm) and magnetized in the direction of the 3 mrn direction, i.e. parallel to the piston axis A.

Wie aus den Figuren 2 und 3 ersichtlich ist, weist der Mitnehmer 7 keinerlei mechanische Führungselemente auf. Überraschenderweise ist nämlich die Justierung durch das Ringmagnetsystem 1, I1 hinreichend für den ordnungsgemäßen Betrieb des Wegsensors.As can be seen from Figures 2 and 3, the driver 7 has no mechanical guide elements. Surprisingly, the adjustment by the ring magnet system 1, I 1 is sufficient for the correct operation of the displacement sensor.

Sowohl die Ringmagnete 1, I1 als auch die Mitnehmermagnete 10, 10' sind vorzugsweise aus einem dauermagnetischen Material mit hoher Koerzitiv-Feldstärke hergestellt, z.B. aus einer Neodym-Eisen-Bor-Legierung, einer Selten-Erd-Kobalt-Legierung oder einer Samarium-Kobalt-Legierung.Both the ring magnets 1, 11 and the driver magnets 10, 10' are preferably made of a permanent magnetic material with a high coercive field strength, e.g. a neodymium-iron-boron alloy, a rare earth-cobalt alloy or a samarium-cobalt alloy.

* 6 3 3 4 2 OE* 6 3 3 4 2 OE

Die obenstehend beschriebenen Abmessungen können selbstverständlich linear nach oben oder unten skaliert werden, falls die konkrete Anwendung dies erfordert.The dimensions described above can of course be scaled linearly up or down if the specific application requires it.

Die obenstehend beschriebene Einrichtung eignet sich prinzipiell für alle Arten von Maschinen, bei denen hydraulisch und/oder pneumatisch verstellte Wege gemessen werden sollen. Sie ist jedoch besonders geeignet für den rauhen Betrieb im untertägigen Bergbau, z.B. zur Wegmessung von Hydraulikstempeln bei Schreitausbaugestellen.The device described above is suitable in principle for all types of machines where hydraulically and/or pneumatically adjusted paths are to be measured. However, it is particularly suitable for rough operation in underground mining, e.g. for measuring the path of hydraulic rams in moving support frames.

09 026.09 026.

Claims (1)

916 33 42 OE916 33 42 OE SchutzansprücheProtection claims 1. Schleifkontakt-Sensoreinrichtung zur Messung des Weges von Maschinenteilen oder Maschinen mit Kolben-Zylindereinheiten, insbesondere im untertägigen Bergbau, z.B. von Schreitausbaugestellen, die eine gewickelte, als Potentiometer ausgebildete Spule und einen entlang der Spule bewegten Schleifkontakt aufweist, die ein stellungsproportionales Signal erzeugen, wobei die Einrichtung im Kolben der Kolben-Zylindereinheit angeordnet ist und einen magnetischen Mitnehmer für den Schleifkontakt aufweist, der über ein im Kolben der Kolben-Zylindereinheit angeordnetes Ringmagnetsystem eine der Kolbenbewegung entsprechende Bewegung ausführt, dadurch gekennzeichnet ,1. Sliding contact sensor device for measuring the travel of machine parts or machines with piston-cylinder units, particularly in underground mining, e.g. of moving support frames, which has a wound coil designed as a potentiometer and a sliding contact moved along the coil, which generate a signal proportional to the position, whereby the device is arranged in the piston of the piston-cylinder unit and has a magnetic driver for the sliding contact which carries out a movement corresponding to the piston movement via a ring magnet system arranged in the piston of the piston-cylinder unit, characterized in that - daß das Ringmagnetsystem mindestens zwei koaxial zur Bewegungsrichtung des Kolbens (3) in einem Abstand (D) angeordnete Ringmagnete (1,1') aufweist,- that the ring magnet system has at least two ring magnets (1,1') arranged coaxially to the direction of movement of the piston (3) at a distance (D), - daß der Mitnehmer (7) mindestens zwei Mitnehmermagnete (10, 10') aufweist, die ebenfalls koaxial zur Bewegungsrichtung des Kolbens (3) in einem Abstand (d) angeordnet sind,- that the driver (7) has at least two driver magnets (10, 10'), which are also arranged coaxially to the direction of movement of the piston (3) at a distance (d), - wobei der Abstand (D) zwischen den Ringmagneten (1,I1) und der Abstand (d) zwischen den Mitnehmermagneten (10,1O1) im wesentlichen derselbe ist.- wherein the distance (D) between the ring magnets (1,I 1 ) and the distance (d) between the driver magnets (10,1O 1 ) are substantially the same. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sie zwei Ringmagnete (1,1') und zwei Mitnehmermagnete (10,1O1) aufweist.2. Device according to claim 1, characterized in that it has two ring magnets (1,1') and two driver magnets (10,10 1 ). 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e kennzeichnet, daß der Abstand (D) der Ringmagnete (1,I1) gleich der Hälfte bis dem Dreifachen des Ring-Innendurchmessers der Ringmagnete ist, vorzugsweise in etwa gleich dem Ring-Innendurchmesser ist.3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the distance (D) of the ring magnets (1, I 1 ) is equal to half to three times the ring inner diameter of the ring magnets, preferably approximately equal to the ring inner diameter. 91 &Mgr; &Pgr;291 μια Π2 916 33 42OE916 33 42OE 7
A. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Ring-Innendurchmesser zwischen 10 und AO mm, vorzugsweise zwischen 15 und 25 mm, ist.7
A. Device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the ring inner diameter is between 10 and 100 mm, preferably between 15 and 25 mm. 5. Einrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder A, dadurch gekennzeichnet , daß die Mitnehmermagnete (10, 10') als Stabmagnete ausgebildet sind, wobei die Stabmagnete vorzugsweise quer zur Stab-Längsrichtung magnetisiert sind.5. Device according to claim 1, 2, 3 or A, characterized in that the driver magnets (10, 10') are designed as bar magnets, wherein the bar magnets are preferably magnetized transversely to the longitudinal direction of the bar. 6. Einrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, A oder 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Ringmagnete (1,I1) und/oder die Mitnehmermagnete (10,1O1) Dauermagnete aus einem Material mit hoher Koerzitivfeldstärke sind.6. Device according to claim 1, 2, 3, A or 5, characterized in that the ring magnets (1,I 1 ) and/or the driver magnets (10,1O 1 ) are permanent magnets made of a material with a high coercive field strength. 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (1,1',10,1O1) Neodym-Eisen-Bor-Magnete sind.7. Device according to claim 6, characterized in that the magnets (1,1',10,1O 1 ) are neodymium-iron-boron magnets. 8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (1,1',10,1O1) aus einer Selten-Erd-Kobalt-Legierung hergestellt sind.8. Device according to claim 6, characterized in that the magnets (1,1',10,1O 1 ) are made of a rare earth cobalt alloy. 9. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Magnete (1,1',10,1O1)9. Device according to claim 6, characterized in that the magnets (1,1',10,1O 1 ) Samarium-Kobalt-Magnete sind.Samarium-cobalt magnets are. 10. Einrichtung nach einem oder mehreren der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die als Potentiometer ausgebildete Spule einen Durchmesser zwisehen 1 und 5 mm, typisch von 3 mm, hat.10. Device according to one or more of the above claims, characterized in that the coil designed as a potentiometer has a diameter of between 1 and 5 mm, typically 3 mm. 11. Einrichtung nach einem oder mehreren der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmer (7) ohne mechanische Führung ausgebildet ist.11. Device according to one or more of the above claims, characterized in that the driver (7) is designed without mechanical guidance.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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