DE10013525A1 - Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung von Sensor-Positionssignalen auf eine Erfassungseinrichtung - Google Patents

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung von Sensor-Positionssignalen auf eine Erfassungseinrichtung (13) vorgeschlagen, die sich entlang der Bewegungsbahn eines sich bewegenden Teils (11) erstreckt, wobei wenigstens ein Positionssensor (16) derart im Bereich der Bewegungsbahn angeordnet ist, daß er bei einer bestimmten Annäherung des sich bewegenden Teils (11) anspricht und infolge davon über elektromagnetische Wechselwirkung ein Signal in der Erfassungseinrichtung (13) erzeugt oder verändert. Hierdurch können ein oder mehrere Positionssensoren (16) auf einfache Weise ohne Verkabelung oder Veränderung von Verkabelungen positioniert und in ihrer Position verändert werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung von Sensor-Positionssignalen auf eine Er­ fassungseinrichtung, beispielsweise zur Erfassung der Kolbenposition oder der Position eines Läufers eines Linearantriebs.

Zur Erfassung solcher Positionen ist es bekannt, entlang der Bewegungsbahn des sich bewegenden Teils, also bei­ spielsweise eines Kolbens, am entsprechenden Gehäuse einen Positionssensor dort anzubringen, wo die Position erfaßt werden soll. Als Sensor dienen üblicherweise magnetfeld­ empfindliche Sensoren, die bei einer Annäherung des mit einem Permanentmagneten versehenen beweglichen Teils an­ sprechen. Die erzeugten Sensorsignale werden mittels elek­ trischer Leitungen einer Auswerteeinrichtung oder einer Steuer- bzw. Regeleinrichtung zugeführt.

Insbesondere bei mehreren Positionssensoren, jedoch auch bereits bei Anordnungen, bei denen ein Positionssensor häufig in seiner Position verstellt werden soll, ist die Anordnung und Veränderung der Sensorleitungen aufwendig und arbeitsintensiv, wobei diese Sensorleitungen zusätz­ lich eine Ursache für Störungen oder Unterbrechungen dar­ stellen können, vor allem wenn ihre Lage häufig verändert wird. Darüber hinaus können solche Leitungen auch leicht mechanisch beschädigt und dadurch beispielsweise unter­ brochen werden.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine derartige Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung von Sensor-Positionssignalen auf eine Erfassungseinrichtung so zu verbessern, daß ein oder mehrere Positionssensoren ent­ lang der Bewegungsbahn in beliebiger Weise angeordnet und in ihren Positionen verändert werden können, ohne daß hierfür eine Verkabelung der Sensoren oder eine Verände­ rung der Verkabelung erforderlich wäre.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die sich entlang der Bewegungsbahn erstreckende Er­ fassungseinrichtung kann fest montiert werden, unabhängig von der Zahl und Anordnung der erforderlichen Positions­ sensoren. Diese können in beliebiger Weise im Bereich der Bewegungsbahn angeordnet und in ihren Positionen verändert werden und erfordern keinerlei Verkabelung, da die Über­ tragung der Sensor-Positionssignale über elektromagneti­ sche Wechselwirkung mit der Erfassungseinrichtung erfolgt. Die Vorrichtung ist dadurch zum einen sehr robust und störungsunanfällig, sehr variabel in der Anordnung und Zahl der Positionssensoren und erfordert einen lediglich sehr geringen Montageaufwand bei der Positionierung und Veränderung der Positionierung von Positionssensoren.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Vorrichtung möglich.

Die Erfassungseinrichtung ist in vorteilhafter Weise als langgestreckte HP-Spule (Hochfrequenzspule) ausgebildet, und der wenigstens eine Positionssensor besitzt ebenfalls eine HF-Spule zur Kommunikation mit der Erfassungsein­ richtung. Der Frequenzbereich ist dabei variabel wählbar und reicht vom Funkbereich bis zum Mikrowellen- und Licht­ bereich.

Der wenigstens eine Positionssensor besitzt einen durch ein Auslöseelement am oder im sich bewegenden Teil auslös­ baren Auslöseschalter, wobei das Auslöseelement zweck­ mäßigerweise als Permanentmagnet und der Auslöseschalter als magnetisch betätigbarer Auslöseschalter ausgebildet ist, insbesondere als MR- oder Reed- oder Hall-Schalter, so daß die Auslösung durch magnetische Wechselwirkung erfolgt. Unter dem Begriff Auslöseschalter sind auch solche Kompo­ nenten zu verstehen, die Analogsignale erfassen und in Ab­ hängigkeit von Schaltschwellen oder Schaltfenstern Schalt­ vorgänge auslösen.

In einer besonders einfachen Ausführung bildet der Aus­ löseschalter zusammen mit der HF-Spule des wenigstens einen Positionssensors einen Stromkreis. Bei Betätigung des Auslöseschalters wird die HF-Spule daher kurzgeschlos­ sen und beeinflußt dadurch das HF-Feld der HF-Spule der Erfassungseinrichtung, was als Positionssignal ausgewertet werden kann.

In einer komfortableren Ausführung ist der Auslöseschalter zur Betätigung einer elektronischen Signalerzeugerstufe mit dieser verbunden, die zusammen mit der HF-Spule des wenigstens einen Positionssensors zur Übertragung von Positionssignalen auf die Erfassungseinrichtung ausge­ bildet ist. Dies kann wiederum dadurch erfolgen, daß die Signalerzeugerstufe zum Kurzschließen der HF-Spule des wenigstens einen Positionssensors in Abhängigkeit der er­ zeugten Ausgangssignale ausgebildet ist, oder daß die HF- Spule des wenigstens einen Positionssensors zusammen mit der Signalerzeugerstufe einen HF-Sender darstellt. Im letzteren Falle kann eine Hochfrequenzbeaufschlagung der Erfassungseinrichtung entfallen.

Zur Stromversorgung der Signalerzeugerstufe besitzt der wenigstens eine Positionssensor in vorteilhafter Weise Mittel zur Gewinnung und Speicherung von Versorgungs­ energie aus HF-Signalen der langgestreckten HF-Spule der Erfassungseinrichtung.

Der wenigstens eine Positionssensor ist innerhalb oder un­ mittelbar neben der Erfassungseinrichtung angeordnet und insbesondere entlang dieser Erfassungseinrichtung variabel positionierbar. In einer vorteilhaften konstruktiven Aus­ gestaltung hierfür sind der wenigstens eine Positionssensor und die Erfassungseinrichtung in einem Längskanal, insbe­ sondere einer Längsnut, eines Gehäuses oder an dessen Außenseite angeordnet oder integriert, indem das Teil längsverschiebbar geführt ist. Dies ermöglicht eine be­ sonders gute Verstellung und vermeidet aus dem Gehäuse herausragende Teile, die Ursache der Beschädigungen sein können.

Die als langgestreckte HF-Spule ausgebildete Erfassungs­ einrichtung kann bei einer bevorzugten Ausführung in einem Formeinsatz für den Längskanal vergossen sein, wobei der Formeinsatz vorzugsweise selbst als Vergußteil im Längs­ kanal ausgebildet ist. Die HF-Spule ist dadurch gegen Be­ schädigungen geschützt.

Der Formeinsatz und/oder der Längskanal weist zweck­ mäßigerweise Führungsvertiefungen und/oder -vorsprünge zum Einsetzen und/oder Längsverschieben des wenigstens einen Positionssensors auf, so daß dessen Montage und Positions­ veränderung besonders einfach wird. Er braucht lediglich angesteckt werden und kann entlang der Führungen ver­ schoben werden. Zur Fixierung in der jeweils gewünschten Position dienen an sich bekannte Fixiermittel, wie Schrauben oder Klemmelemente.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine als Kolben-Zylinder-Anordnung ausgebildete Lineareinheit in der Seitenansicht, wobei in einer Längsnut des Gehäuses eine Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung von Sensor-Positions­ signalen auf eine als langgestreckte HF-Spule ausbebildete Erfassungseinrichtung angeordnet ist,

Fig. 2 eine Querschnittsdarstellung der Längsnut im Bereich eines Positionssensors,

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Positionssensor,

Fig. 4 ein Blockschaltbild des Positionssensors,

Fig. 5 eine vereinfachte Schaltung des Positionssensors und

Fig. 6 eine weitere Ausführung einer in einem modifi­ zierten Längskanal angeordneten Vorrichtung im Querschnitt.

Die in Fig. 1 dargestellte Lineareinheit besteht aus einem beispielsweise rechteckförmigen Zylindergehäuse 10, in dem ein schematisch dargestellter Kolben 11 entlang einer durch einen Doppelpfeil gekennzeichneten Bewegungsbahn be­ wegbar ist. In einer Längsnut 12 an der Außenseite des Zylindergehäuses 10 ist eine langgestreckte HF-Spule 13 (Hochfrequenzspule) eingelassen, die im Ausführungsbei­ spiel zwei Windungen besitzt und sich im wesentlichen über die gesamte Länge des Zylindergehäuses 10 erstreckt. Diese HF-Spule 13 ist in der Längsnut 12 vergossen, wobei die Vergußmasse einen Formeinsatz 14 bildet, der auch als ein­ schiebbarer Formeinsatz ausgebildet sein könnte. Der Form­ einsatz 14 besitzt wiederum eine Längsnut 15, in die ein Positionssensor 16 verschiebbar eingesetzt ist, wie dies aus Fig. 2 hervorgeht. Zur Fixierung in der gewünschten Längsposition besitzt der Positionssensor 16 eine Fixier­ schraube 17, wobei auch andere bekannte Fixierarten mög­ lich sind.

Der Postionssensor 16 besitzt seinerseits eine HF-Spule 18, die entlang einer wannenartigen Halterung 19 befestigt ist. Weiterhin enthält der nach Art eines Transponders ausgebildete Positionssensor 16 einen magnetfeldempfind­ lichen Schalter 20, der im Ausführungsbeispiel als Reed- Schalter ausgebildet ist, wobei prinzipiell auch andere magnetfeldempfindliche Schalter, wie Feldplatten, Hall- Elemente, MR-Schalter od. dgl., eingesetzt werden können. Weiterhin enthält der Positionssensor 16 eine als Mikro­ rechner ausgebildete Signalerzeugerstufe 21 und zwei Speicherkondensatoren 22. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, sind die Speicherkondensatoren 22, der magnetfeldempfindliche Schalter 20 und die HF-Spule 18 an die Signalerzeugerstufe 21 angeschlossen.

Die Wirkungsweise der in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Vorrichtung besteht darin, daß bei Annäherung des Kolbens 11 an den in einer bestimmten Position fixierten Posi­ tionssensor 16 ein am Kolben 11 angeordneter Permanent­ magnet 23 den magnetfeldempfindlichen Schalter 20 schließt. Hierdurch wird in der Signalerzeugerstufe 21 ein Signal oder eine Signalfolge erzeugt, mit der die HF-Spule 18 beaufschlagt wird. Diese Signalfolge 21 kann beispiels­ weise über eine nicht dargestellte Treiberstufe die HF- Spule 18 im Zyklus dieser Signale kurzschließen. Die lang­ gestreckte HF-Spule 13 wird von einer Steuereinheit 24 aus mit HF-Signalen beaufschlagt, so daß ein HF-Feld erzeugt wird. Durch das Kurzschließen der HF-Spule 18 des Posi­ tionssensors 16 wird dieses HF-Feld beeinflußt, und die entsprechenden Rückwirkungen werden in der Steuereinheit 24 als Positionssignal ausgewertet.

Die HF-Spule 18 des Positionssensors 16 dient gleichzeitig als Empfangsspule für HF-Signale, die in der Signaler­ zeugerstufe 21 in Gleichspannungssignale zur Aufladung der Speicherkondensatoren 22 umgewandelt werden. Die Speicher­ kondensatoren 22 dienen daher als Stromquellen für die Signalerzeugerstufe 21. Selbstverständlich könnten an­ stelle der Speicherkondensatoren 22 auch andere Energie­ speicherelemente verwendet werden.

Alternativ hierzu könnte die Betätigung des Schalters 20 auch die Erzeugung von HF-Signalen in der Signalerzeuger­ stufe 21 bewirken, die dann zusammen mit der HF-Spule 18 einen HF-Sender bildet, dessen Signale von der langge­ streckten HF-Spule 13 der Erfassungseinrichtung empfangen und in der Steuereinheit 24 ausgewertet werden können. Diese Steuereinheit 24 ist beispielsweise in einem Ge­ häuseansatz 25 am Zylindergehäuse 10 angeordnet.

In Fig. 5 ist die Schaltung eines vereinfachten Positions­ sensors 16 dargestellt. Hier bildet die HF-Spule 18 zu­ sammen mit dem magnetfeldempfindlichen Schalter 20 einen Stromkreis, so daß beim Ansprechen bzw. Schließen des Schalters 20 die HF-Spule 18 kurzgeschlossen wird. Dieses Kurzschließen bewirkt - wie bereits beschrieben - eine Veränderung der HF-Felds, das durch die HF-Spule 13 der Erfassungseinrichtung erzeugt wird.

In Fig. 6 ist eine alternative konstruktive Ausgestaltung der Anordnung gemäß Fig. 2 dargestellt. Ein im Zylinder­ gehäuse 10 eingelassener flacherer Formeinsatz 26 mit leistenartiger Gestalt enthält die HF-Spule 13. Der Form­ einsatz 26 ist so versetzt im Zylindergehäuse 10 angeord­ net, daß ein ebenfalls leistenartiger Positionssensor 27 noch so darüber angeordnet werden kann, daß dieser bündig mit der Außenfläche des Zylindergehäuses 10 abschließt. Der Positionssensor 27 besitzt eine Feder 28, durch die der Positionssensor 27 in eine Längsnut 29 des Formein­ satzes 26 eingeclipst und dann in eine beliebige Position verschoben werden kann. Auch für das Einclipsen selbst kann bereits eine Klemmfixierung erfolgen, so daß weitere Haltemittel entbehrlich sein können. Bei dieser Ausführung ist die HF-Spule 18 des Positionssensors 27 neben der Ebene der HF-Spule 13 der Erfassungseinrichtung angeord­ net, während sie gemäß Fig. 2 innerhalb dieser HF-Spule 13 positioniert ist. Im übrigen entspricht die Ausführung gemäß Fig. 6 prinzipiell dem ersten Ausführungsbeispiel, so daß gleiche oder gleichwirkende Bauteile wieder mit denselben Bezugszeichen versehen und nicht nochmals be­ schrieben sind.

In Abwandlung der dargestellten und beschriebenen Aus­ führungsbeispiele kann das Ansprechen des Positionssensors 16 bei Annäherung des Kolbens 11 auch auf andere bekannte Weise erfolgen, beispielsweise durch ein ferromagnetisches Teil am Kolben 11, durch den das Feld einer Spule des Positionssensors 16 beeinflußt wird.

Wie bereits eingangs ausgeführt, kann die Übertragung von Sensorsignalen durch elektromagnetische Wechselwirkung zwischen Positionssensoren und Erfassungseinrichtung auch bei Lichtfrequenzen erfolgen. In diesem Falle ist die langgestreckte HF-Spule bzw. Erfassungseinrichtung als lichtempfindliche Erfassungseinrichtung ausgebildet, und anstelle der HF-Spule 18 des Positionssensors tritt ein Leuchtelement. Andere bekannte elektromagnetische Über­ tragungsmechanismen sind ebenfalls im Rahmen der Erfindung möglich.

In den Ausführungsbeispielen ist nur ein einziger Posi­ tionssensor dargestellt. Entlang der langgestreckten HF- Spule 13 oder einer anderen elektromagnetischen Erfas­ sungseinrichtung können jedoch selbstverständlich auch mehrere Sensoren zur Erfassung mehrerer Positionen fest und/oder verschiebbar angeordnet sein, die jeweils Sensor­ signale übertragen. Bei einer Ausführung des Positions­ sensors 16 gemäß den Fig. 2 bis 4 können diese dann jeweils unterschiedliche Signale oder Signalfolgen durch unter­ schiedlich eingestellte Signalerzeugerstufen 21 erzeugen, so daß die unterschiedlichen Positionen voneinander unter­ schieden werden können.

Claims (13)

1. Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung von Sensor- Positionssignalen auf eine Erfassungseinrichtung 1. Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung von Sensor- Positionssignalen auf eine Erfassungseinrichtung (13), die sich entlang der Bewegungsbahn eines sich bewegenden Teils (11) erstreckt, wobei wenigstens ein Positionssensor (16; 27) derart im Bereich der Bewegungsbahn angeordnet ist, daß er bei einer bestimmten Annäherung des sich be­ wegenden Teils (11) anspricht und infolge davon über elek­ tromagnetische Wechselwirkung ein Signal in der Erfas­ sungseinrichtung (13) erzeugt oder verändert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung (13) als langgestreckte HF- Spule ausgebildet ist und der wenigstens eine Positions­ sensor (16; 27) ebenfalls eine HF-Spule (18) zur Kommuni­ kation mit der Erfassungseinrichtung (13) besitzt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der wenigstens eine Positionssensor (16; 27) einen durch ein Auslöseelement (23) am oder im sich bewegenden Teil (11) auslösbaren Auslöseschalter (20) besitzt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslöseelement (23) als Permanentmagnet und der Auslöseschalter (20) als magnetisch betätigbarer Auslöse­ schalter ausgebildet ist, insbesondere als Reed- oder Hall-Schalter oder MR-Schalter.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 sowie 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslöseschalter (20) mit der HF- Spule (18) des wenigstens einen Positionssensors (16) einen Stromkreis bildet.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der Auslöseschalter (20) zur Betätigung einer elektronischen Signalerzeugerstufe (21) mit dieser verbunden ist, die zusammen mit der HF-Spule (18) des wenigstens einen Positionssensors (16; 27) zur Übertragung von Positionssignalen auf die Erfassungs­ einrichtung (13) ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die HF-Spule (18) des wenigstens einen Positions­ sensors (16; 27) zusammen mit der Signalerzeugerstufe (21) einen HF-Sender darstellt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalerzeugerstufe (21) zum Kurzschließen der HF- Spule (18) des wenigstens einen Positionssensors (16; 27) in Abhängigkeit ihrer Ausgangssignale ausgebildet ist. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Positions­ sensor (16; 27) Mittel (22) zur Gewinnung und Speicherung von Versorgungsenergie aus HF-Signalen der langgestreckten HF-Spule der Erfassungseinrichtung (13) besitzt.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Positions­ sensor (16; 27) innerhalb oder unmittelbar neben der Er­ fassungseinrichtung (13) angeordnet und insbesondere ent­ lang der Erfassungseinrichtung (13) variabel positionier­ bar ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß der wenigstens eine Positionssensor (16; 27) und die Erfassungseinrichtung (13) in einem Längskanal (12), insbesondere einer Längsnut, eines Gehäuses (10) oder an dessen Außenseite angeordnet oder integriert ist, indem das Teil (11) längsverschiebbar geführt ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß die als langgestreckte HF-Spule ausgebildete Er­ fassungseinrichtung (13) in einem Formeinsatz (14) für den Längskanal (12) vergossen ist, wobei der Formeinsatz (14) vorzugsweise als Vergußteil im Längskanal (12) ausgebildet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß der Formeinsatz (14; 26) und/oder der Längskanal (12) Führungsvertiefungen (15; 29) und/oder -vorsprünge zum Einsetzen und/oder Längsverschieben des wenigstens einen Positionssensors (16; 27) aufweist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Positions­ sensor (16) Fixiermittel (17) zur Fixierung in beliebiger Position besitzt.