AT394273B - Wegmesseinrichtung fuer ein in einem gehaeuse bewegbares bauelement - Google Patents

Description

AT 394 273 B

Die Erfindung betrifft eine Wegmeßeinrichtung für ein in einem Gehäuse bewegbares Bauelement, insbesondere für den Arbeitskolben eines Pneumatikzylinders, der in einem Zylinder von Druckmittel gesteuert axial bewegbar ist, welche ein mit dem Bauelement mitbewegtes Übertragungselement, ein mit dem Gehäuse in Bewegungsrichtung des Bauelements feststehendes Meßelement und eine Auswerteeinheit umfaßt.

Derartige Einrichtungen dienen im wesentlichen dazu, die jeweilige aktuelle Stellung des auf verschiedenste Weise im Gehäuse relativ zu diesem bewegbaren Bauelements zu bestimmen, wobei der erhaltene Meßwert für die Position des Bauelements dann beispielsweise in einer elektronischen Steuereinheit für die Ablaufsteuerung eines bestimmten Vorgangs weiter verwendet werden kann.

Bei bekannten Einrichtungen der eingangs genannten Art werden beispielsweise mechanische Endschalter, Reed-Kontakte oder Hall-Sensoren für einzelne Positionen entlang der Bewegung des Bauelements oder aber aufwendige Inkremental-Weggeber, spindelgesteuerte Winkelgeber oder dergleichen für eine kontinuierliche Wegmessung verwendet. Weiters ist auch die Verwendung von Schiebewiderständen im genannten Zusammenhang bekannt, welche über konstruktiv sehr aufwendige mechanische Übertragungselemente mit dem bewegbaren Bauelement in Verbindung stehen. Allen bekannten Ausführungen haftet der Nachteil einer relativ komplizierten und damit herstellungs-, montage- und wartungsaufwendigen Konstruktion an, wobei zusätzlich noch in den meisten Fällen eine erhöhte Staub- bzw. Schmutzgefährdung besteht, die die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Wegmeßeinrichtung stark beeinträchtigen kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die genannten Nachteile der bekannten derartigen Einrichtungen vermieden werden und daß insbesondere auf eine einfache Weise eine funktionssichere Wegmessung an Pneumatikzylindem oder ähnlichen Einrichtungen ermöglicht wird.

Dies wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch erreicht, daß das Übertragungselement durch einen berührungslos magnetisch mit dem Bauelement gekoppelten Stellschlitten gebildet ist, wobei das Gehäuse zumindest entlang der Bahn des Stellschlittens aus einem nichtmagnetischen Werkstoff besteht, und daß das Meßelement einen enüang der Bahn des Stellschlittens außen am Gehäuse angeordneten Widerstandskörper aufweist, an dem unmittelbar ein am Stellschlitten angeordneter Schleifkontakt anliegt. Damit ist also jede seitliche Öffnung des Gehäuses bzw. eines pneumatischen Arbeitszylinders zur Koppelung der festzustellenden Bewegung mit dem dies ermöglichenden Meßelement vermieden. Durch die unmittelbare Zusammenwirkung des Schleifkontakts am Stellschlitten mit dem am Gehäuse angeordneten Widerstandskörper ist eine sehr einfache Übertragung der zu bestimmenden Bewegung erreicht, die gegenüber störenden Umgebungseinflüssen weitgehend unempfindlich ist und eine Wegmessung mit auf alle Fälle für Pneumatikzylinder weitaus ausreichender Genauigkeit ermöglicht.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Stellschlitten mit Rollen in einer außen am Gehäuse angeordneten Führungsbahn geführt, was die Leichtgängigkeit des Übertragungselements verbessert und insgesamt zur Erhöhung der erzielbaren Genauigkeit beiträgt

Im Bereich der Rollen können gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung einzelne Magnete am Stell-schlitten und/oder am Bauelement angebracht sein, womit die magnetische Koppelung unmittelbar im Bereich der Kontaktstellen zwischen Stellschlitten und Führungsbahn erfolgt, was die Führung verbessert und damit ebenfalls zur Erhöhung der Genauigkeit beiträgt

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Stellschlitten und das Meßelement in einem bis auf einen an der dem Gehäuse zugewandten Seite angeordneten Längsschlitz für die magnetische Koppelung geschlossenen Kastenprofil untergebracht sind, wobei der Längsschlitz die Führungsbahn für die Rollen bildet. Auf diese Weise ist der Bewegungsbereich des Stellschlittens weitgehend gegenüber äußeren Einflüssen abgeschirmt, was insbesondere die Anfälligkeit gegen Schmutz und auch gegen mechanische Störungen stark herabsetzt.

Der Widerstandskörper kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung bandförmig ausgebildet und an der dem Gehäuse abgewandten Innenseite des Kastenprofils angeordnet sein. Dieser bandförmige Widerstandskörper kann für sich oder in Zusammenwirkung mit der Auswerteeinheit in Längsrichtung linearisiert sein. Durch die Anordnung im Inneren des Kastenprofils ist die Gefahr von mechanischen Beschädigungen bzw. von Verunreinigungen in vorteilhafter Weise stark herabgesetzt

Das Kastenprofil kann gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung an beiden Enden staubdicht verschlossen sein, was zusätzlich zu einer Erhöhung der Unempfindlichkeit der Wegmeßeinrichtung gegen äußere Einflüsse führt

Nach einer besondere bevorzugten weiteren Ausbildung der Erfindung kann schließlich auch der Längsschlitz des Kastenprofils mit einer nichtmagnetischen Abdeckung, z. B. einer Kunststoffolie, staubdicht abgedeckt sein, womit sich ein insgesamt abgedichteter Bewegungsbereich für den Stellschlitten im Inneren des Kastenprofils und damit eine ausgezeichnete Unempfindlichkeit der Wegmeßeinrichtung gegen Störeinflüsse von außen ergibt.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Fig. 1 zeigt einen teilweisen Längsschnitt durch einen Pneumatikzylinder mit einer erfindungsgemäßen Wegmeßeinrichtung und Fig. 2 zeigt einen teilweisen Querschnitt entlang der Linie (II-II) in Fig. 1 in vergrößertem Maßstab.

Im Zylinder (1) eines pneumatischen Arbeitszylinders (2) ist ein Kolben (3) in Richtung der Achse (4) -2-

AT 394 273 B geführt und über hier nicht dargestellte Druckmittelanschlüsse mit Druckmedium beaufschlagbar und damit entlang der Achse (4) hin und her bewegbar. Der Kolben (3) weist einen mit einem Führungsring (5) an der Innenwand des Zylinders (1) abgestützten Zentralteil (6) auf, an welchem mittels Klemmscheiben (7), (8) Dichtungen (9) befestigt sind, die den Übertritt von Druckmedium aus den an die Klemmscheiben (7), (8) angrenzenden Zylinderräumen auf die jeweils gegenüberliegende Seite unterbinden. Der Zentralteil (6) ist dabei zusammen mit den Klemmscheiben (7), (8) und den Dichtungen (9) am vorderen Ende einer Kolbenstange (10) aufgesetzt und mittels einer Schraube (11) in der Klemmscheibe (7) gegen eine Schulter (12) an der Kolbenstange (10) verspannt.

Um die jeweils aktuelle Position des Kolbens (3) bzw. der Kolbenstange (10) bestimmen und beispielsweise in einem Regelkreis zur Steuerung des Druckmediums für den Pneumatikzylinder verwenden zu können ist eine Wegmeßeinrichtung vorgesehen, die im wesentlichen ein mit dem Kolben (3) mitbewegtes Übertragungselement (12), ein mit dem Zylinder (1) in Bewegungsrichtung des Kolbens (3) feststehendes Meßelement (13) und eine hier nicht weiter dargestellte Auswerteeinheit umfaßt. Über elektrische Anschlußleitungen (14) ist diese Auswerteeinheit mit dem Meßelement (13) verbunden. Das Übertragungselement (12) ist von einem berührungslos magnetisch mit dem Kolben (3) gekoppelten Stellschlitten (15) gebildet, der mit Rollen (16) in einer außen am Zylinder (1) angeordneten Führungsbahn (17) geführt ist. Im Bereich der Rollen (16) sind einzelne Magnete (18) am Stellschlitten (15) sowie auch am Kolben (3) angebracht, die mit ihrer Polung so Zusammenwirken, daß der Stellschlitten (15) trotz fehlender mechanischer Koppelung mit dem Kolben (3) bei dessen Bewegung entlang der Achse (4) mitgenommen wird. Der Zylinder (1) muß dazu zumindest entlang der Bahn des Stellschlittens (15) aus einem nichtmagnetischen Werkstoff bestehen, damit die magnetische Koppelung vom Kolben (3) zum Stellschlitten (15) nicht unterbrochen wird.

Die Führungsbahn (17) ist als bis auf einen an der dem Zylinder (1) zugewandten Seite angeordneten Längsschlitz (19) für die am Stellschlitten (15) angebrachten Magnete (18) geschlossenes Kastenprofil (20) ausgeführt, wie dies auch aus Fig. 2 im Schnitt ersichtlich ist. Dieses Kastenprofil (20) ist an beiden Enden (21), (22) abgeschlossen und damit dicht gegen Eindringen von Staub bzw. sonstigen Verunreinigungen. Der Längsschlitz (19) des Kastenprofils könnte noch zusätzlich mit einer nichtmagnetischen Abdeckung, z. B. in Form einer Kunststoffolie oder dergleichen, staubdicht abgedeckt sein, was hier aber nicht dargestellt ist.

Das Meßelement (13) weist einen entlang der Bahn des Stellschlittens (15) an der dem Zylinder (1) abgewandten Innenseite (23) des Kastenprofils (20) auf einem Isolierträger (24) angeordneten bandförmigen Widerstandskörper (25) auf, der unmittelbar mit einem Schleifkontakt (26) am Stellschlitten (15) zusammenwirkt. Dazu ist noch auf Fig. 2 zu verweisen, wo ersichtlich ist, daß der Widerstandskörper (25) aus zwei parallel nebeneinander geführten Bahnen (27), (28) besteht, die separat jeweils mit einem der Anschlüsse (14) (Fig. 1) verbunden sind und über zwei miteinander in Verbindung stehende Bügel (29), (30) des Schleifkontakts (26) leitend verbunden werden. Damit ist der über die Anschlußleitungen (14) bestimmbare elektrische Widerstand des in der Zeichnung nach Fig. 1 oberhalb der Kontaktstelle zwischen Widerstandskörper (25) und Schleifkontakt (26) liegenden Teils des Widerstandskörpers (25) unmittelbar ein Maß für die axiale Position des Kolbens (3) im Zylinder (1).

In Fig. 2 ist schließlich noch zu ersehen, daß die Rollen (16) am Stellschlitten (15) mittels einer Achse (31) angelenkt sind und daß im Bereich der beiden Bügel (29), (30) des Schleifkontakts (26) Ausnehmungen (32) im Stellschlitten (15) angebracht sind, die eine zufriedenstellende federnde Anlage der Enden der Bügel (29), (30) an den beiden Bahnen (27), (28) des Widerstandskörpers (25) erlauben. Weiters ist in Fig. 2 noch der Zylinderdeckel (33) mit Befestigungsbohrungen bzw. Spannbolzen (34) zu ersehen.

Die Befestigung der Führungsbahn (17) bzw. des Kastenprofils (20) am Zylinder (1) ist hier (Fig. 1) nur über die Mittellinien (35) von nicht weiter dargestellten Schrauben angedeutet. Der Schleifkontakt (26) ist mit einer Schraube (36) am Stellschlitten (15) befestigt. Die Befestigung der Magnete (18) am Stellschlitten (15) kann beispielsweise durch Klebung erfolgen; die Befestigung der Magnete (18) am Kolben (3) erfolgt hier über Magnetträger (37), die in Ausnehmungen (38) des Zentralteils (6) des Kolbens (3) eingesetzt sind und auch aus anderem Werkstoff als der Zentralteil (6) selbst bestehen können - die eigentliche Befestigung der Magnete (18) kann auch hier wiederum durch Klebung an den Magnetträgem (37) erfolgen.

Abgesehen von der dargestellten Ausführung des Stellschlittens mit Rollen könnte auch eine andere entsprechend reibungsarme Führung für den Stellschlitten gewählt werden; auch könnten die Magnete zur Herstellung der Koppelung zwischen Kolben (3) und Stellschlitten (15) nur an einem der beiden Bauteile angebracht werden, soweit der andere Bauteil zumindest bereichsweise magnetisch ansprechend ausgeführt würde.

Schließlich sei noch darauf hingewiesen, daß die beschriebene Wegmeßeinrichtung nicht nur - wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt - für Pneumatikzylinder bzw. druckmittelbetätigbare Arbeitszylinder verwendbar ist, sondern allgemein zur Wegmessung an einem in einem Gehäuse bewegbaren Bauelement, wobei aber im Hinblick auf die obigen Ausführungen nur die Bezeichnungen "Zylinder" und "Kolben" durch die allgemeineren Ausdrücke "Gehäuse" und "Bauelement" zu ersetzen sind. -3-

Claims (7)

1. AT 394 273 B PATENTANSPRÜCHE 1. Wegmeßeinrichtung für ein in einem Gehäuse bewegbares Bauelement, insbesondere für den Arbeitskolben eines Pneumatikzylinders, der in einem Zylinder von Druckmittel gesteuert axial bewegbar ist, welche ein mit dem Bauelement mitbewegtes Übertragungselement, ein mit dem Gehäuse in Bewegungsrichtung des Bauelements feststehendes Meßelement und eine Auswerteeinheit umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungselement (12) durch einen berührungslos magnetisch mit dem Bauelement (3) gekoppelten Stellschlitten (15) gebildet ist, wobei das Gehäuse (1) zumindest entlang der Bahn des Stellschlittens (15) aus einem nichtmagnetischen Werkstoff besteht, und daß das Meßelement (13) einen entlang der Bahn des Stellschlittens (15) außen am Gehäuse (1) angeordneten Widerstandskörper (25) aufweist, an dem unmittelbar ein am Stellschlitten (15) angeordneter Schleifkontakt (26) anliegt.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellschlitten (15) mit Rollen (16) in einer außen am Gehäuse (1) angeordneten Führungsbahn (17) geführt ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Rollen (16) einzelne Magnete (18) am Stellschlitten (15) und/oder am Bauelement (3) angebracht sind.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellschlitten (15) und das Meßelement (13) in einem bis auf einen an der dem Gehäuse (1) zugewandten Seite angeordneten Längsschlitz (19) für die magnetische Koppelung geschlossenen Kastenprofil (20) untergebracht sind, wobei der Längs-schlitz (19) die Führungsbahn (17) für die Rollen (16) bildet.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandskörper (25) bandförmig ausgebildet und an der dem Gehäuse (1) abgewandten Innenseite (23) des Kastenprofils (20) angeordnet ist.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kastenprofil (20) an beiden Enden (21, 22) staubdicht verschlossen ist.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Längsschlitz des Kastenprofils mit einer nichtmagnetischen Abdeckung, z. B. einer Kunststoffolie, staubdicht abgedeckt ist. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen -4-