EP0297150A1 - Position detector for the movable part of a fluid driven servomotor - Google Patents

Position detector for the movable part of a fluid driven servomotor Download PDF

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EP0297150A1
EP0297150A1 EP87109271A EP87109271A EP0297150A1 EP 0297150 A1 EP0297150 A1 EP 0297150A1 EP 87109271 A EP87109271 A EP 87109271A EP 87109271 A EP87109271 A EP 87109271A EP 0297150 A1 EP0297150 A1 EP 0297150A1
Authority
EP
European Patent Office
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probe
shaft
holder
position detector
wall
Prior art date
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Application number
EP87109271A
Other languages
German (de)
French (fr)
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EP0297150B1 (en
Inventor
Wolfgang Dondorf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pulsotronic Merten GmbH and Co KG
Original Assignee
Pulsotronic Merten GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Pulsotronic Merten GmbH and Co KG filed Critical Pulsotronic Merten GmbH and Co KG
Priority to DE8787109271T priority Critical patent/DE3764644D1/en
Priority to EP87109271A priority patent/EP0297150B1/en
Priority to US07/208,257 priority patent/US4876531A/en
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/20—Other details, e.g. assembly with regulating devices
    • F15B15/28—Means for indicating the position, e.g. end of stroke
    • F15B15/2807—Position switches, i.e. means for sensing of discrete positions only, e.g. limit switches
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/20—Other details, e.g. assembly with regulating devices
    • F15B15/28—Means for indicating the position, e.g. end of stroke
    • F15B15/2815—Position sensing, i.e. means for continuous measurement of position, e.g. LVDT

Definitions

  • the invention relates to a position detector for the movable part of a fluid-operated actuator according to the preamble of patent claim 1.
  • proximity switches as a limit switch for hydraulic or pneumatic cylinders which contain an electrical component which reacts to the approach of an electrically conductive part.
  • the electrical component consists, for example, of the coil of an oscillating circuit, which is damped when a metal part approaches, so that the oscillation of the oscillating circuit changes or stops oscillating.
  • the oscillating circuit coil is arranged in a cylindrical probe which is let into a bore in a wall of the hydraulic or pneumatic cylinder and is connected to the cylinder space. Approaches the Piston the end of the probe, in which the electrical component is arranged, then the electrical component reacts without contact to the approach of the piston, whereby the reaching of the piston position to be recognized is indicated.
  • a difficulty with the known contactless piston position detectors is that the response distance of the probe is very limited and is only about 2 mm. It is therefore important to place the end of the probe very close to the cylinder space. With different wall thicknesses of the cylinder wall, different probe lengths are required. On the other hand, it is necessary to seal the bore of the cylinder wall against the high hydraulic or pneumatic pressures.
  • the manufacturers of non-contact piston position detectors supply a series of numerous position detectors that only differ in the length of the cylindrical probe. The probe is firmly attached to the holder, which is sealingly attached to the outside of the pressure cylinder, and it projects from the holder so far that its end is arranged as flush as possible with the inner surface of the cylinder wall.
  • the invention has for its object to provide a position detector of the type specified in the preamble of claim 1, which can be used for a large range of wall thicknesses of the pressure-actuated actuator.
  • the probe is adjustable relative to the holder in the axial direction of the probe. This allows the amount of protrusion of the cylindrical probe from the holder to be changed. A portion of the probe extends into the holder, in the channel of which the second sealing device is located, to prevent the fluid pressure from escaping from the actuator through the gap between the channel of the holder and the probe wall.
  • the cylindrical shape of the probe is used to seal inside the holder at different axial positions of the probe. The probe thus protrudes into the interior of the holder in such a way that the extent to which the probe protrudes from the holder can be changed.
  • Such a position detector can be used in cylinders with different cylinder wall thicknesses, it being ensured in each case that the probe end is located at a very short distance from the inner surface of the cylinder wall.
  • the position detector according to the invention can be used not only with pressure-actuated cylinders, but also with rotating hydraulic motors, turbines or the like. and generally for all actuators where a be movable part is moved in a fixed part under the pressure of a fluid.
  • the main area of application is printing cylinders.
  • the position detector is that the respective axial position of the probe can be determined very easily by the movable part of the pressure-actuated actuator can be brought into a position in which it is located on the hole in the wall. The probe can then be advanced into the bore until it hits the moving part and then moved back slightly. In this way, the optimal position of the probe with respect to the wall of the actuator and with respect to the movable part can be found, the probe responding to an approach of the movable part without projecting into the path of movement.
  • the shaft on the holder is preferably infinitely adjustable, although an adjustment in small increments is also possible, for example by means of a latching device.
  • the circuit housing which contains the electrical components of the position detector, with the exception of the electrical component contained in the probe, is expediently at the rear end of the shaft brought and together with the probe and the shaft is moved axially relative to the holder.
  • This circuit housing can be used as a handle part to carry out the axial adjustment of the probe.
  • the circuit housing can be pivoted around the axis of the shaft in order to take the most favorable position for the connection of an external line.
  • rotation limiting means are provided which allow a limited rotation of the circuit housing without the shaft and the probe rotating. If the circuit housing is rotated further, however, the shaft is also rotated, which makes it possible to axially adjust the probe by rotating the circuit housing about the shaft axis.
  • the hydraulic cylinder 10 has a tubular middle piece 11 and two end pieces 12, 13.
  • the cylinder bore extends through the middle piece 11 into the end pieces 12, 13.
  • Tension rods 14 run between the end pieces 12, 13.
  • a position detector 15 is attached to each of the end pieces 12, 13 in order to detect the front and rear end positions of the piston in the cylinder.
  • the position detector 15 has a cylindrical probe 16 which projects out of a block-shaped solid holder 17.
  • a flange 18 of the holder 17 is fastened from the outside to the wall 19 (FIG. 3) of the cylinder 10 with screws 20, the probe 16 projecting from the center of the flange 18 protruding into a bore 21 in the wall 19.
  • the end of the probe 16 should be as close as possible to the inner surface 22 of the wall 19, along which the piston 23 sweeps, but must not protrude beyond the inner surface 22 in order not to obstruct the path of the piston 23.
  • the cylindrical probe 16 projects through a cylindrical channel 24 of the flange 18. Beyond the channel 24, the probe 16 is extended by a hollow shaft 25 with an external thread.
  • the shaft 25 carries the circuit housing 26 at its upper end.
  • a first sealing device 27 in the form of a sealing ring is accommodated in an annular groove 28 which is provided in the surface of the flange 18 abutting the wall 19.
  • the first sealing device 27 is compressed axially.
  • a second sealing device 29 in the form of a sealing ring closely surrounding the probe 16 is provided in the region of the channel 24 in an annular groove in the flange 18.
  • This second sealing device 29 seals the annular gap between the probe 16 and the channel 24.
  • Both sealing devices 27, 29 can also be combined to form a common sealing device. It is only important that on the one hand the gap between the holder 17 and the wall 19 and on the other hand the annular gap between the channel 17 and the probe 16 are sealed, so that no pressure fluid can escape from the cylinder 10 to the outside.
  • a tube piece 31 is provided with longitudinal slots 30, which is an integral part of the holder 17.
  • the channel 24 extends with a constant diameter into the lower region of the pipe section 31.
  • a threaded bore 32 At the upper end of the pipe section 31 there is a threaded bore 32, the diameter of which is smaller than that of the channel 24 and the thread of which engages with the external thread of the shaft 25.
  • the threaded bore 32 forms an engagement device which cooperates with the shaft 25 to adjust the shaft position.
  • the slots 30 of the pipe section 31 run freely towards the upper end of the pipe section 31, i.e. they also divide the threaded bore 32.
  • Each of these slots 30 is traversed by a screw 33 which can be tightened to pull the edges of the slot 30 against one another and to reduce the diameter of the threaded bore 32.
  • the screws 33, in conjunction with the slots 30, form a clamping device for clamping the shaft in the set position.
  • the internal structure of the probe 16 and the attachment of the circuit housing 26 can be seen in FIG. 5.
  • a support body 35 made of ceramic or plastic is attached to the end of the tube 34 and carries at its end the electrical component 36 which reacts to the approach of a metal part.
  • This component 36 is an annular coil which is accommodated in a ferromagnetic core which is open on one side.
  • the outer diameter of the carrier body 35 and the electrical component 36 are equal to the outer diameter of the tube 34.
  • the tube 34, the carrier body 35 and the electrical component are closely surrounded by the cylindrical probe jacket 37.
  • the bottom wall 38 of the probe jacket 37 forms the outer end of the probe 16.
  • the electrical component 36 lies directly against the inside of the bottom wall 38. Lines 39 lead from the electrical component 36 through the tube 34 and the shaft 25 into the interior of the circuit housing 26.
  • the probe jacket 37 consists of an oil-resistant plastic, preferably polyacetal.
  • the sleeve jacket 37 is supported directly on the tube 34.
  • the inner the shaft 25 and the tube 34 is filled with a (not shown) potting compound made of plastic in order to support these parts against external pressure.
  • a hole 40 through which the casting compound also reaches the area between the tube wall and the probe jacket 37 in order to also enclose the electrical component 36 and the carrier body 35 without any cavities.
  • the circuit housing 26 is fastened in such a way that it can be rotated within limits around the shaft axis without the shaft 25 being carried along.
  • the circuit housing 26 is in threaded engagement with the shaft 25.
  • the end of the shaft 25 projecting into the interior of the housing is provided with a recess 41 which extends over approximately 180 ° of the shaft circumference.
  • a pin 42 protrudes into the recess 41 and is slidably attached to a block 43 fastened in the circuit housing. Together with the recess 41, the pin 42 forms a rotation limiting means in order to be able to rotate the shaft 25 to its axial adjustment by rotating the housing 26.
  • the rotation limiting means allows the circuit housing 26 to rotate freely by approximately 180 ° without rotating the shaft 25 and the probe 16. As a result, the circuit housing 26 can be freely adjusted to the desired direction.
  • circuit housing 26 At one end of the circuit housing 26 there is a union plug connection 44 with a threaded ring which surrounds contact pins 45 for the connection of external lines.
  • the circuit housing 26 contains the remaining components of the proximity switch to which the electrical component 36 belongs.
  • the length of the probe 16 protruding from the holder 17 can be changed by rotating the shaft 25, the shaft 25 rotating in the threaded bore 32 and being axially displaced with respect to the holder 17 together with the probe 16. Such a displacement is possible via a path which corresponds to approximately 3/4 the length of the probe 16. It is therefore possible to adjust the protrusion of the probe 16 over the contact surface of the holder 17 on the wall 19 over a large length range. If the thickness of the wall 19 varies, the protruding length of the probe 16 can be adapted to the respective wall thickness. When the correct length adjustment of the probe is found, the screws 33 are tightened so that the probe position in relation to the holder 17 can no longer be changed.

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Abstract

Zum Feststellen der Position eines bewegbaren Teils (23) eines durch Fluiddruck betriebenen Stellgliedes (10) wird in die Wand (19) des Stellgliedes eine zylindrische Sonde (16) eingeführt, die bis in die Nähe der Innenfläche (22) der Wand (19) ragt. Die Sonde (16) ist an einem Halter (17) axial verstellbar angebracht, so daß sie an unterschiedliche Wandstärken der Wand (19) angepaßt werden kann. Der Halter (17) enthält eine Dichtvorrichtung (29) zum Abdichten des Durchgangs der zylindrischen Sonde (16). Die Sonde (16) ist mit einem Schaft (25) verlängert, der in einer Gewindebohrung (32) am rückwärtigen Ende des Halters (17) drehbar ist. Das die elektrische Schaltung enthaltende Schaltungsgehäuse (26) ist am Ende des Schafts (25) befestigt. Der Positionsdetektor, der feststellt, wenn der Kolben (23) sich der Sonde (16) genähert hat, kann auf einfache Weise an unterschiedliche Zylinderwandstärken angepaßt werden, so daß es nicht erforderlich ist, unterschiedliche Typen von Positionsdetektoren mit unterschiedlich weit vorstehenden Sonden zu verwenden.In order to determine the position of a movable part (23) of an actuator (10) operated by fluid pressure, a cylindrical probe (16) is inserted into the wall (19) of the actuator, which probe extends into the vicinity of the inner surface (22) of the wall (19) protrudes. The probe (16) is axially adjustable on a holder (17) so that it can be adapted to different wall thicknesses of the wall (19). The holder (17) contains a sealing device (29) for sealing the passage of the cylindrical probe (16). The probe (16) is extended with a shaft (25) which can be rotated in a threaded bore (32) at the rear end of the holder (17). The circuit housing (26) containing the electrical circuit is attached to the end of the shaft (25). The position detector, which detects when the piston (23) has approached the probe (16), can be easily adapted to different cylinder wall thicknesses, so that it is not necessary to use different types of position detectors with probes projecting at different distances.

Description

Die Erfindung betrifft einen Positionsdetektor für das bewegbare Teil eines mit Fluid betätigten Stellgliedes nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a position detector for the movable part of a fluid-operated actuator according to the preamble of patent claim 1.

Bei pneumatischen oder hydraulischen Kolben-Zylinder-­Einheiten ist es häufig erforderlich, zu erkennen, wenn der Kolben seine vordere oder rückwärtige Endstellung oder eine Zwischenstellung erreicht hat. Zum Erkennen der Kolbenposition können mechanische Endschalter be­nutzt werden, jedoch haben mechanische Schalter den Nachteil einer unzureichenden Genauigkeit und einer relativ geringen Schalthäufigkeit. Die Lebensdauer mechanischer Schalter ist durch die in ihnen enthal­tenen mechanischen Verschleißteile begrenzt.With pneumatic or hydraulic piston-cylinder units, it is often necessary to recognize when the piston has reached its front or rear end position or an intermediate position. Mechanical limit switches can be used to detect the piston position, but mechanical switches have the disadvantage of insufficient accuracy and a relatively low switching frequency. The service life of mechanical switches is limited by the mechanical wear parts they contain.

Es ist bekannt, als Endschalter für Hydraulik- oder Pneumatikzylinder Näherungsschalter zu benutzen, die ein auf Annäherung eines elektrisch leitfähigen Teiles reagierendes elektrisches Bauteil enthalten. Das elek­trische Bauteil besteht beispielsweise aus der Spule eines Schwingkreises, der bei Annäherung eines Metall­teils bedämpft wird, so daß sich die Schwingung des Schwingkreises verändert oder zu schwingen aufhört. Die Schwingkreisspule ist in einer zylindrischen Sonde an­geordnet, die in eine Bohrung einer Wand des Hydraulik- ­oder Pneumatikzylinders eingelassen wird und in Ver­bindung mit dem Zylinderraum steht. Nähert sich der Kolben dem Ende der Sonde, in dem das elektrische Bau­teil angeordnet ist, dann reagiert das elektrische Bau­teil berührungslos auf die Annäherung des Kolbens, wo­durch das Erreichen der zu erkennenden Kolbenposition angezeigt wird. Eine Schwierigkeit der bekannten be­rührungslosen Kolbenpositionsdetektoren besteht darin, daß der Ansprechabstand der Sonde sehr begrenzt ist und nur etwa 2 mm beträgt. Es ist daher wichtig, das Ende der Sonde sehr nahe am Zylinderraum anzuordnen. Bei unterschiedlichen Wandstärken der Zylinderwand werden unterschiedliche Sondenlängen benötigt. Andererseits ist es erforderlich, die Bohrung der Zylinderwand gegen die hohen hydraulischen oder pneumatischen Drücke ab­zudichten. Die Hersteller berührungsloser Kolbenpo­sitionsdetektoren liefern eine Baureihe von zahlreichen Positionsdetektoren, die sich nur durch die Länge der zylindrischen Sonde unterscheiden. Die Sonde ist fest an dem Halter, der abdichtend außen am Druckzylinder befestigt wird, angebracht und sie steht von dem Halter so weit ab, daß ihr Ende möglichst bündig mit der In­nenfläche der Zylinderwand angeordnet ist. Das Bereit­halten zahlreicher Positionsdetektoren, die sich nur durch die Länge ihrer Sonde unterscheiden, verursacht einen hohen fertigungstechnischen Aufwand und einen großen Lagerhaltungsaufwand. Ferner ist es schwierig, für jeden Einzelfall die genaue Sondenlänge experi­mentell zu ermitteln. Es gibt auch Fälle, in denen die Sonde des einen Positionsdetektors zu lang und die Sonde des in der Baureihe nächstfolgenden Positions­detektors zu kurz ist. In solchen Fällen behilft man sich damit, daß zwischen die Zylinderwand und den Halter des Positionsdetektors eine Abstandsscheibe ge­legt wird, um den Positionsdetektor mit der größeren Sondenlänge verwenden zu können.It is known to use proximity switches as a limit switch for hydraulic or pneumatic cylinders which contain an electrical component which reacts to the approach of an electrically conductive part. The electrical component consists, for example, of the coil of an oscillating circuit, which is damped when a metal part approaches, so that the oscillation of the oscillating circuit changes or stops oscillating. The oscillating circuit coil is arranged in a cylindrical probe which is let into a bore in a wall of the hydraulic or pneumatic cylinder and is connected to the cylinder space. Approaches the Piston the end of the probe, in which the electrical component is arranged, then the electrical component reacts without contact to the approach of the piston, whereby the reaching of the piston position to be recognized is indicated. A difficulty with the known contactless piston position detectors is that the response distance of the probe is very limited and is only about 2 mm. It is therefore important to place the end of the probe very close to the cylinder space. With different wall thicknesses of the cylinder wall, different probe lengths are required. On the other hand, it is necessary to seal the bore of the cylinder wall against the high hydraulic or pneumatic pressures. The manufacturers of non-contact piston position detectors supply a series of numerous position detectors that only differ in the length of the cylindrical probe. The probe is firmly attached to the holder, which is sealingly attached to the outside of the pressure cylinder, and it projects from the holder so far that its end is arranged as flush as possible with the inner surface of the cylinder wall. The availability of numerous position detectors, which differ only in the length of their probe, causes a high manufacturing outlay and a large amount of warehousing. Furthermore, it is difficult to determine the exact probe length experimentally for each individual case. There are also cases in which the probe of one position detector is too long and the probe of the next position detector in the series is too short. In such cases, one helps by placing a spacer between the cylinder wall and the holder of the position detector in order to be able to use the position detector with the longer probe length.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Positionsdetektor der im Oberbegriff des Patentan­spruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, der für einen großen Bereich von Wandstärken des druckbetätigten Stellgliedes verwendbar ist.The invention has for its object to provide a position detector of the type specified in the preamble of claim 1, which can be used for a large range of wall thicknesses of the pressure-actuated actuator.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 an­gegebenen Merkmalen.This object is achieved according to the invention with the features specified in the characterizing part of patent claim 1.

Bei dem erfindungsgemäßen Positionsdetektor ist die Sonde relativ zu dem Halter in Achsrichtung der Sonde verstellbar. Dadurch kann das Maß des Abstehens der zylindrischen Sonde von dem Halter verändert werden. Ein Teil der Sonde ragt in den Halter hinein, in dessen Kanal sich die zweite Dichtvorrichtung befindet, um zu verhindern, daß der Fluiddruck aus dem Stellglied durch den Spalt zwischen dem Kanal des Halters und der Sondenwand entweicht. Die zylindrische Form der Sonde wird ausgenutzt, um im Innern des Halters eine Ab­dichtung bei unterschiedlichen Axialstellungen der Sonde durchzuführen. Die Sonde ragt also in das Innere des Halters derart hinein, daß das Maß des Abstehens der Sonde von dem Halter verändert werden kann. Ein derartiger Positionsdetektor kann bei Zylindern mit unterschiedlicher Zylinderwandstärke benutzt werden, wobei jeweils sichergestellt ist, daß das Sondenende sich in sehr geringem Abstand von der Innenfläche der Zylinderwand befindet.In the position detector according to the invention, the probe is adjustable relative to the holder in the axial direction of the probe. This allows the amount of protrusion of the cylindrical probe from the holder to be changed. A portion of the probe extends into the holder, in the channel of which the second sealing device is located, to prevent the fluid pressure from escaping from the actuator through the gap between the channel of the holder and the probe wall. The cylindrical shape of the probe is used to seal inside the holder at different axial positions of the probe. The probe thus protrudes into the interior of the holder in such a way that the extent to which the probe protrudes from the holder can be changed. Such a position detector can be used in cylinders with different cylinder wall thicknesses, it being ensured in each case that the probe end is located at a very short distance from the inner surface of the cylinder wall.

Der erfindungsgemäße Positionsdetektor ist nicht nur bei druckbetätigten Zylindern anwendbar, sondern auch bei rotierenden Hydromotoren, Turbinen o.dgl. und generell bei allen Stellgliedern, bei denen ein be­ wegbares Teil in einem feststehenden Teil unter dem Druck eines Fluids bewegt wird. Das Hauptanwendungs­gebiet liegt allerdings bei Druckzylindern.The position detector according to the invention can be used not only with pressure-actuated cylinders, but also with rotating hydraulic motors, turbines or the like. and generally for all actuators where a be movable part is moved in a fixed part under the pressure of a fluid. The main area of application, however, is printing cylinders.

Ein weiterer Vorteil des Positionsdetektors besteht darin, daß die jeweilige Axialstellung der Sonde sehr leicht ermittelt werden kann, indem das bewegbare Teil des druckbetätigten Stellgliedes in eine Position ge­bracht werden kann, in der es sich an der Bohrung der Wand befindet. Die Sonde kann dann in der Bohrung vor­geschoben werden, bis sie gegen das bewegte Teil stößt, und anschließend geringfügig zurückbewegt werden. Auf diese Weise kann die optimale Position der Sonde in Bezug auf die Wand des Stellgliedes und in Bezug auf das bewegbare Teil gefunden werden, wobei die Sonde auf eine Annäherung des bewegbaren Teils reagiert, ohne jedoch in die Bewegungsbahn hinein vorzustehen.Another advantage of the position detector is that the respective axial position of the probe can be determined very easily by the movable part of the pressure-actuated actuator can be brought into a position in which it is located on the hole in the wall. The probe can then be advanced into the bore until it hits the moving part and then moved back slightly. In this way, the optimal position of the probe with respect to the wall of the actuator and with respect to the movable part can be found, the probe responding to an approach of the movable part without projecting into the path of movement.

Vorzugsweise ist der Schaft an dem Halter stufenlos verstellbar, obwohl auch eine Verstellung in kleinen Abstufungen möglich ist, beispielsweise durch eine Rastvorrichtung.The shaft on the holder is preferably infinitely adjustable, although an adjustment in small increments is also possible, for example by means of a latching device.

Mit dem Merkmal des Patentanspruchs 3 wird erreicht, daß die Abdichtung gegen das Entweichen von Druck zwischen Halter und Wand einerseits und zwischen Halter und Sonde andererseits ausschließlich im Körper des Halters erfolgt, während der Schaft durch den Halter hindurchragt und an dem der Wand abgewandten Ende axial abgestützt wird.With the feature of claim 3 it is achieved that the seal against the escape of pressure between the holder and the wall on the one hand and between the holder and probe on the other hand takes place exclusively in the body of the holder, while the shaft protrudes through the holder and axially at the end facing away from the wall is supported.

Das Schaltungsgehäuse, das die elektrischen Komponenten des Positionsdetektors - mit Ausnahme des in der Sonde enthaltenen elektrischen Bauteils - enthält, ist zweckmäßigerweise am rückwärtigen Ende des Schafts an­ gebracht und wird zusammen mit der Sonde und dem Schaft relativ zu dem Halter axial bewegt. Dieses Schaltungs­gehäuse kann als Griffteil benutzt werden, um die axiale Verstellung der Sonde durchzuführen. Anderer­seits ist es zweckmäßig, wenn das Schaltungsgehäuse, nachdem die Sonde auf die richtige Position eingestellt worden ist, um die Achse des Schaftes herum verschwenkt werden kann, um die günstigste Position für den An­schluß einer externen Leitung einzunehmen. Nach Patent­anspruch 7 sind Drehbegrenzungsmittel vorgesehen, die eine begrenzte Drehung des Schaltungsgehäuses zulassen, ohne daß sich der Schaft und die Sonde mitdrehen. Bei weiterer Drehung des Schaltungsgehäuses wird jedoch der Schaft mitgedreht, wodurch es möglich ist, die Sonde axial zu verstellen, indem das Schaltungsgehäuse um die Schaftachse gedreht wird.The circuit housing, which contains the electrical components of the position detector, with the exception of the electrical component contained in the probe, is expediently at the rear end of the shaft brought and together with the probe and the shaft is moved axially relative to the holder. This circuit housing can be used as a handle part to carry out the axial adjustment of the probe. On the other hand, after the probe has been set to the correct position, it is expedient if the circuit housing can be pivoted around the axis of the shaft in order to take the most favorable position for the connection of an external line. According to claim 7, rotation limiting means are provided which allow a limited rotation of the circuit housing without the shaft and the probe rotating. If the circuit housing is rotated further, however, the shaft is also rotated, which makes it possible to axially adjust the probe by rotating the circuit housing about the shaft axis.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.In the following an embodiment of the invention will be explained with reference to the drawings.

Es zeigen:

  • Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Stell­gliedes in Form einer Kolben-Zylinder-Einheit, die mit zwei Positionsdetektoren ausgestattet ist,
  • Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Positions­detektors,
  • Fig. 3 einen Längsschnitt durch die Wand des Druck­zylinders, an der der Positionsdetektor be­festigt ist,
  • Fig. 4 eine Seitenansicht der Klemmvorrichtung zum Fixieren der Position des Schafts, relativ zum Halter, und
  • Fig. 5 einen Längsschnitt durch die Sonde, den Schaft und das Schaltungsgehäuse.
Show it:
  • 1 is a perspective view of an actuator in the form of a piston-cylinder unit which is equipped with two position detectors,
  • 2 is a perspective view of a position detector,
  • 3 shows a longitudinal section through the wall of the printing cylinder to which the position detector is attached,
  • Fig. 4 is a side view of the clamping device for fixing the position of the shaft, relative to the holder, and
  • Fig. 5 shows a longitudinal section through the probe, the shaft and the circuit housing.

In Fig. 1 ist ein Hydraulikzylinder 10 dargestellt, in dem ein (nicht dargestellter) Kolben bewegbar ist. Der Hydraulikzylinder 10 weist ein rohrförmiges Mittelstück 11 und zwei Endstücke 12,13 auf. Die Zylinderbohrung erstreckt sich durch das Mittelstück 11 hindurch in die Endstücke 12,13 hinein. Zwischen den Endstücken 12,13 verlaufen Spannstäbe 14. An jedem der Endstücke 12,13 ist ein Positionsdetektor 15 angebracht, um die vordere und rückwärtige Endstellung des Kolbens im Zylinder zu erkennen.1 shows a hydraulic cylinder 10 in which a piston (not shown) can be moved. The hydraulic cylinder 10 has a tubular middle piece 11 and two end pieces 12, 13. The cylinder bore extends through the middle piece 11 into the end pieces 12, 13. Tension rods 14 run between the end pieces 12, 13. A position detector 15 is attached to each of the end pieces 12, 13 in order to detect the front and rear end positions of the piston in the cylinder.

Der Positionsdetektor 15 weist gemäß Fig. 2 eine zylindrische Sonde 16 auf, die aus einem blockförmigen massiven Halter 17 heraus vorsteht. Ein Flansch 18 des Halters 17 wird von außen an der Wand 19 (Fig. 3) des Zylinders 10 mit Schrauben 20 befestigt, wobei die von der Mitte des Flansches 18 vorstehende Sonde 16 in eine Bohrung 21 der Wand 19 hineinragt. Das Ende der Sonde 16 sollte sich möglichst nahe an der Innenfläche 22 der Wand 19 befinden, an der der Kolben 23 entlangstreicht, darf aber über die Innenfläche 22 nicht hinaus vor­stehen, um den Weg des Kolbens 23 nicht zu behindern.According to FIG. 2, the position detector 15 has a cylindrical probe 16 which projects out of a block-shaped solid holder 17. A flange 18 of the holder 17 is fastened from the outside to the wall 19 (FIG. 3) of the cylinder 10 with screws 20, the probe 16 projecting from the center of the flange 18 protruding into a bore 21 in the wall 19. The end of the probe 16 should be as close as possible to the inner surface 22 of the wall 19, along which the piston 23 sweeps, but must not protrude beyond the inner surface 22 in order not to obstruct the path of the piston 23.

Die zylindrische Sonde 16 ragt durch einen zy­lindrischen Kanal 24 des Flansches 18 hindurch. Jen­seits des Kanals 24 ist die Sonde 16 durch einen hohlen Schaft 25 mit Außengewinde verlängert. Der Schaft 25 trägt an seinem oberen Ende das Schaltungsgehäuse 26.The cylindrical probe 16 projects through a cylindrical channel 24 of the flange 18. Beyond the channel 24, the probe 16 is extended by a hollow shaft 25 with an external thread. The shaft 25 carries the circuit housing 26 at its upper end.

Zur Abdichtung der Stoßstelle zwischen dem Flansch 18 und der Wand 19 ist eine erste Dichtvorrichtung 27 in Form eines Dichtringes in einer Ringnut 28 unterge­bracht, die in der gegen die Wand 19 stoßenden Fläche des Flansches 18 vorgesehen ist. Wenn der Flansch 18 durch Festziehen der Schrauben 20 gegen die Wand 19 gedrückt wird, wird die erste Dichtvorrichtung 27 axial zusammengedrückt.To seal the joint between the flange 18 and the wall 19, a first sealing device 27 in the form of a sealing ring is accommodated in an annular groove 28 which is provided in the surface of the flange 18 abutting the wall 19. When the flange 18 is pressed against the wall 19 by tightening the screws 20, the first sealing device 27 is compressed axially.

Eine zweite Dichtvorrichtung 29 in Form eines die Sonde 16 eng umschließenden Dichtringes ist im Bereich des Kanals 24 in einer Ringnut des Flansches 18 vorgesehen. Diese zweite Dichtvorrichtung 29 dichtet den Ringspalt zwischen der Sonde 16 und dem Kanal 24 ab. Beide Dicht­vorrichtungen 27,29 können auch zu einer gemeinsamen Dichtvorrichtung vereinigt werden. Wichtig ist nur, daß einerseits der Spalt zwischen dem Halter 17 und der Wand 19 und andererseits der Ringspalt zwischen dem Kanal 17 und der Sonde 16 abgedichtet werden, so daß kein Druckfluid aus dem Zylinder 10 nach außen ent­weichen kann.A second sealing device 29 in the form of a sealing ring closely surrounding the probe 16 is provided in the region of the channel 24 in an annular groove in the flange 18. This second sealing device 29 seals the annular gap between the probe 16 and the channel 24. Both sealing devices 27, 29 can also be combined to form a common sealing device. It is only important that on the one hand the gap between the holder 17 and the wall 19 and on the other hand the annular gap between the channel 17 and the probe 16 are sealed, so that no pressure fluid can escape from the cylinder 10 to the outside.

An dem der Wand 19 abgewandten Ende des Halters 17 ist ein mit Längsschlitzen 30 versehenes Rohrstück 31 vor­gesehen, das einstückiger Bestandteil des Halters 17 ist. Der Kanal 24 erstreckt sich mit konstantem Durch­messer in den unteren Bereich des Rohrstücks 31 hinein. Am oberen Ende des Rohrstücks 31 befindet sich eine Ge­windebohrung 32, deren Durchmesser kleiner ist als der­jenige des Kanals 24 und deren Gewinde mit dem Außen­gewinde des Schafts 25 in Eingriff ist. Die Gewinde­bohrung 32 bildet eine Eingriffsvorrichtung, die mit dem Schaft 25 zum Verstellen der Schaftposition zu­sammenwirkt.At the end of the holder 17 facing away from the wall 19, a tube piece 31 is provided with longitudinal slots 30, which is an integral part of the holder 17. The channel 24 extends with a constant diameter into the lower region of the pipe section 31. At the upper end of the pipe section 31 there is a threaded bore 32, the diameter of which is smaller than that of the channel 24 and the thread of which engages with the external thread of the shaft 25. The threaded bore 32 forms an engagement device which cooperates with the shaft 25 to adjust the shaft position.

Die Schlitze 30 des Rohrstücks 31 laufen zum oberen Ende des Rohrstücks 31 hin frei aus, d.h. sie unter­teilen auch die Gewindebohrung 32. Jeder dieser Schlitze 30 wird von einer Schraube 33 durchquert, die festgezogen werden kann, um die Ränder des Schlitzes 30 gegeneinander zu ziehen und den Durchmesser der Ge­windebohrung 32 zu verringern. Die Schrauben 33 bilden in Verbindung mit den Schlitzen 30 eine Klemmvorrich­tung zum Festklemmen des Schafts in der eingestellten Position.The slots 30 of the pipe section 31 run freely towards the upper end of the pipe section 31, i.e. they also divide the threaded bore 32. Each of these slots 30 is traversed by a screw 33 which can be tightened to pull the edges of the slot 30 against one another and to reduce the diameter of the threaded bore 32. The screws 33, in conjunction with the slots 30, form a clamping device for clamping the shaft in the set position.

Der innere Aufbau der Sonde 16 und die Befestigung des Schaltungsgehäuses 26 sind aus Fig. 5 zu ersehen. Der mit Außengewinde versehene hohle Schaft 25, der aus Metall besteht, geht einstückig in ein zum Schaft koaxiales Rohr 34 über. Am Ende des Rohres 34 ist ein aus Keramik oder Kunststoff bestehender Trägerkörper 35 befestigt, der an seinem Ende das auf Annäherung eines Metallteils reagierende elektrische Bauteil 36 trägt. Dieses Bauteil 36 ist eine ringförmige Spule, die in einem einseitig offenen ferromagnetischen Kern unterge­bracht ist. Die Außendurchmesser von Trägerkörper 35 und elektrischem Bauteil 36 sind gleich dem Außendurch­messer des Rohres 34. Das Rohr 34, der Trägerkörper 35 und das elektrische Bauteil sind von dem zylindrischen Sondenmantel 37 eng umgeben. Die Bodenwand 38 des Sondenmantels 37 bildet das äußere Ende der Sonde 16. Das elektrische Bauteil 36 liegt unmittelbar an der Innenseite der Bodenwand 38 an. Von dem elektrischen Bauteil 36 führen Leitungen 39 durch das Rohr 34 und den Schaft 25 hindurch in das Innere des Schaltungsge­häuses 26.The internal structure of the probe 16 and the attachment of the circuit housing 26 can be seen in FIG. 5. The externally threaded hollow shaft 25, which is made of metal, merges in one piece into a tube 34 coaxial with the shaft. A support body 35 made of ceramic or plastic is attached to the end of the tube 34 and carries at its end the electrical component 36 which reacts to the approach of a metal part. This component 36 is an annular coil which is accommodated in a ferromagnetic core which is open on one side. The outer diameter of the carrier body 35 and the electrical component 36 are equal to the outer diameter of the tube 34. The tube 34, the carrier body 35 and the electrical component are closely surrounded by the cylindrical probe jacket 37. The bottom wall 38 of the probe jacket 37 forms the outer end of the probe 16. The electrical component 36 lies directly against the inside of the bottom wall 38. Lines 39 lead from the electrical component 36 through the tube 34 and the shaft 25 into the interior of the circuit housing 26.

Der Sondenmantel 37 besteht aus einem ölfesten Kunst­stoff, vorzugsweise aus Polyacetal. Der Hülsenmantel 37 stützt sich unmittelbar an dem Rohr 34 ab. Das Innere des Schafts 25 und des Rohres 34 ist mit einer (nicht dargestellten) Vergußmasse aus Kunststoff ausgefüllt, um auch diese Teile gegen äußeren Druck abzustützen. In der Wand des Rohres 34 befindet sich ein Loch 40, durch das die Vergußmasse auch in den Bereich zwischen Rohr­wand und Sondenmantel 37 gelangt, um auch das elek­trische Bauteil 36 und den Trägerkörper 35 hohlraumfrei zu umschließen.The probe jacket 37 consists of an oil-resistant plastic, preferably polyacetal. The sleeve jacket 37 is supported directly on the tube 34. The inner the shaft 25 and the tube 34 is filled with a (not shown) potting compound made of plastic in order to support these parts against external pressure. In the wall of the tube 34 there is a hole 40 through which the casting compound also reaches the area between the tube wall and the probe jacket 37 in order to also enclose the electrical component 36 and the carrier body 35 without any cavities.

An dem oberen Ende des Schafts 25 ist das Schaltungsge­häuse 26 in der Weise befestigt, daß es in Grenzen um die Schaftachse gedreht werden kann, ohne daß der Schaft 25 mitgenommen wird. Das Schaltungsgehäuse 26 steht in Gewindeeingriff mit dem Schaft 25. Das ins Gehäuseinnere ragende Ende des Schaftes 25 ist mit einer Aussparung 41 versehen, die sich über etwa 180° des Schaftsumfangs erstreckt. In die Aussparung 41 ragt ein Stift 42 hinein, der an einem im Schaltungsgehäuse befestigten Block 43 verschiebbar befestigt ist. Der Stift 42 bildet zusammen mit der Aussparung 41 ein Drehbegrenzungsmittel, um den Schaft 25 zu seiner axialen Verstellung durch Drehung des Gehäuses 26 mit­drehen zu können. Andererseits erlaubt das Drehbegren­zungsmittel eine freie Drehung des Schaltungsgehäuses 26 um etwa 180° ohne Mitdrehung des Schafts 25 und der Sonde 16. Dadurch kann das Schaltungsgehäuse 26 auf die gewünschte Richtung frei eingestellt werden.At the upper end of the shaft 25, the circuit housing 26 is fastened in such a way that it can be rotated within limits around the shaft axis without the shaft 25 being carried along. The circuit housing 26 is in threaded engagement with the shaft 25. The end of the shaft 25 projecting into the interior of the housing is provided with a recess 41 which extends over approximately 180 ° of the shaft circumference. A pin 42 protrudes into the recess 41 and is slidably attached to a block 43 fastened in the circuit housing. Together with the recess 41, the pin 42 forms a rotation limiting means in order to be able to rotate the shaft 25 to its axial adjustment by rotating the housing 26. On the other hand, the rotation limiting means allows the circuit housing 26 to rotate freely by approximately 180 ° without rotating the shaft 25 and the probe 16. As a result, the circuit housing 26 can be freely adjusted to the desired direction.

An dem einen Ende des Schaltungsgehäuses 26 befindet sich eine Überwurf-Steckverbindung 44 mit einem Ge­windering, der Kontaktstifte 45 für den Anschluß externer Leitungen umgibt. Das Schaltungsgehäuse 26 enthält die übrigen Komponenten des Näherungsschalters, zu dem das elektrische Bauteil 36 gehört.At one end of the circuit housing 26 there is a union plug connection 44 with a threaded ring which surrounds contact pins 45 for the connection of external lines. The circuit housing 26 contains the remaining components of the proximity switch to which the electrical component 36 belongs.

Die aus dem Halter 17 heraus vorstehende Länge der Sonde 16 kann durch Drehen des Schaftes 25 verändert werden, wobei der Schaft 25 sich in der Gewindebohrung 32 dreht und zusammen mit der Sonde 16 in Bezug auf den Halter 17 axial verschiebt. Eine solche Verschiebung ist über einen Weg möglich, der etwa 3/4 der Länge der Sonde 16 entspricht. Daher ist eine Einstellung des Überstandes der Sonde 16 über die Anlagefläche des Halters 17 an der Wand 19 in einem großen Längenbereich möglich. Wenn die Stärke der Wand 19 variiert, kann die vorstehende Länge der Sonde 16 an die jeweilige Wand­stärke angepaßt werden. Wenn die richtige Längenein­stellung der Sonde gefunden ist, werden die Schrauben 33 festgezogen, so daß dann die Sondenposition in Bezug auf den Halter 17 nicht mehr verändert werden kann.The length of the probe 16 protruding from the holder 17 can be changed by rotating the shaft 25, the shaft 25 rotating in the threaded bore 32 and being axially displaced with respect to the holder 17 together with the probe 16. Such a displacement is possible via a path which corresponds to approximately 3/4 the length of the probe 16. It is therefore possible to adjust the protrusion of the probe 16 over the contact surface of the holder 17 on the wall 19 over a large length range. If the thickness of the wall 19 varies, the protruding length of the probe 16 can be adapted to the respective wall thickness. When the correct length adjustment of the probe is found, the screws 33 are tightened so that the probe position in relation to the holder 17 can no longer be changed.

Versuche mit dem beschriebenen Positionsdetektor haben ergeben, daß dieser bei einem hydraulischen Druck von 200 bar (3000 psi) bei millionen von Druckwechseln und Schaltvorgängen voll funktionsfähig bleibt.Experiments with the position detector described have shown that it remains fully functional at a hydraulic pressure of 200 bar (3000 psi) with millions of pressure changes and switching operations.

Claims (9)

1. Positionsdetektor für das bewegbare Teil (23) eines mit Fluid betätigten Stellgliedes (10), mit

einem Halter (17), der an einer Wand (19) des Stellgliedes (10) derart zu befestigen ist, daß er eine Bohrung (21) der Wand (19) umschließt,

einer von dem Halter (17) abstehenden, in die Bohrung (21) einführbaren zylindrischen Sonde (16), die mindestens ein auf Annäherung leit­fähiger Teile reagierendes elektrisches Bauteil (36) enthält,

und einer an dem Halter (17) vorgesehenen ersten Dichtvorrichtung (27) zum Abdichten der Anlage­fläche zwischen Halter (17) und Wand (19),

dadurch gekennzeichnet,

daß die Sonde (16) durch einen hohlen Schaft (25) verlängert ist, der relativ zu dem Halter (17) axial verstellbar ist, um die Länge des Abstehens der Sonde (16) von dem Halter (17) zu verändern,

daß die Sonde (16) in einem zylindrischen Kanal (24) des Halters (17) verschiebbar geführt ist,

und daß in dem Kanal (24) eine zweite Dichtvor­richtung (29) zum Abdichten des Durchgangs der Sonde (16) vorgesehen ist.1. Position detector for the movable part (23) of a fluid-operated actuator (10) with

a holder (17) which is to be fastened to a wall (19) of the actuator (10) in such a way that it surrounds a bore (21) in the wall (19),

a cylindrical probe (16) protruding from the holder (17) and insertable into the bore (21) and containing at least one electrical component (36) which reacts to the approach of conductive parts,

and a first sealing device (27) provided on the holder (17) for sealing the contact surface between the holder (17) and the wall (19),

characterized,

that the probe (16) is extended by a hollow shaft (25) which is axially adjustable relative to the holder (17) in order to change the length of the protrusion of the probe (16) from the holder (17),

that the probe (16) is slidably guided in a cylindrical channel (24) of the holder (17),

and that a second sealing device (29) is provided in the channel (24) for sealing the passage of the probe (16). 2. Positionsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Schaft (25) an dem Halter (17) stufenlos verstellbar ist.2. Position detector according to claim 1, characterized in that the shaft (25) on the holder (17) is infinitely adjustable. 3. Positionsdetektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (17) an der der Wand (19) abgewandten Seite des Kanals (24) eine Ein­griffsvorrichtung (32) aufweist, die mit dem Schaft (25) zum Verstellen der Schaftposition zusammen­wirkt.3. Position detector according to claim 1 or 2, characterized in that the holder (17) on the wall (19) facing away from the channel (24) has an engagement device (32) with the shaft (25) for adjusting the shaft position cooperates. 4. Positionsdetektor nach Anspruch 3, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Eingriffsvorrichtung (32) ein Gewinde ist, daß mit einem Gewinde des Schafts (25) zusammengreift.4. Position detector according to claim 3, characterized in that the engagement device (32) is a thread that engages with a thread of the shaft (25). 5. Positionsdetektor nach Anspruch 4, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Eingriffsvorrichtung (32) als Klemmvorrichtung (30,33) zum Festklemmen des Schafts (25) in der eingestellten Position ausgebildet ist.5. Position detector according to claim 4, characterized in that the engagement device (32) is designed as a clamping device (30,33) for clamping the shaft (25) in the set position. 6. Positionsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an dem der Sonde (16) abgewandten Ende des Schafts (25) ein Schaltungsge­häuse (26) befestigt ist, in das Leitungen (39) hineinführen, die mit dem elektrischen Bauteil (36) verbunden sind.6. Position detector according to one of claims 1 to 4, characterized in that at the end of the shaft (25) facing away from the probe (16) a circuit housing (26) is fixed, lead into the lines (39) which with the electrical component (36) are connected. 7. Positionsdetektor nach Anspruch 6, dadurch gekenn­zeichnet, daß das Schaltungsgehäuse (26) relativ zu dem Schaft (25) drehbar ist und daß Drehbegrenzungs­mittel (41,42) vorgesehen sind, um den Schaft (25) zu seiner axialen Verstellung durch Drehen des Schaltungsgehäuses (26) mitdrehen zu können.7. Position detector according to claim 6, characterized in that the circuit housing (26) is rotatable relative to the shaft (25) and that rotation limiting means (41,42) are provided to the shaft (25) for its axial adjustment by rotating the circuit housing (26) to be able to turn. 8. Positionsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (16) einen zylindrischen Sondenmantel (37) aufweist, der mit einer Vergußmasse ausgefüllt ist, um ihn gegen äußeren Druck abzustützen.8. Position detector according to one of claims 1 to 7, characterized in that the probe (16) has a cylindrical probe jacket (37) which is filled with a potting compound in order to support it against external pressure. 9. Positionsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (16) ein mit dem Schaft (25) einstückiges Rohr (34) aufweist, das einen rohrförmigen Sondenmantel (37) trägt und gegen äußeren Druck abstützt und daß an dem Ende des Rohrs (34) das elektrische Bauteil (36) befestigt ist, das von einer Bodenwand (38) des Sondenmantels (37) bedeckt ist.9. Position detector according to one of claims 1 to 8, characterized in that the probe (16) has a one-piece with the shaft (25) tube (34) which carries a tubular probe jacket (37) and supports against external pressure and in that the end of the tube (34), the electrical component (36) is attached, which is covered by a bottom wall (38) of the probe jacket (37).
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