DE102005060674B4

DE102005060674B4 - Positionssensor in Stabbauweise sowie Verfahren zum Austausch

Info

Publication number: DE102005060674B4
Application number: DE102005060674.1A
Authority: DE
Inventors: Klaus Manfred Steinich
Original assignee: ASM Automation Sensorik Messtechnik GmbH
Current assignee: ASM Automation Sensorik Messtechnik GmbH
Priority date: 2005-12-19
Filing date: 2005-12-19
Publication date: 2017-02-09
Anticipated expiration: 2025-12-20
Also published as: DE102005060674C5; US20070139039A1; DE102005060674A1

Abstract

Positionssensor (1) nach einem berührungslosen Funktionsprinzip, in geschlossener Stabbauweise zum Einsatz in einer Kolben-Zylinder-Einheit (30), mit – einem in das Arbeits-Fluid (31) der Einheit (30) eintauchenden Sensor-Stabgehäuse (2), welches mit einem Sensor-Kopfgehäuse (3) zu einem Sensorgehäuse verbunden ist, – einer im Sensorgehäuse angeordneten Sensoreinheit mit den Sensorfunktionsteilen (20, 22, 23), – wovon im Sensor-Kopfgehäuse (3) eine Auswerte-Elektronik (20) oder ein Verbindungselement nach außen untergebracht ist, – mit einem durch einen Kabelausgang (4) oder einem Steckerverbinder (5) aus dem Sensor-Kopfgehäuse (3) herausgeführten Kabel, und – einer umlaufenden Dichtung (7) auf der Außenseite des Sensor-Kopfgehäuses (3) und/oder des Sensor-Stabgehäuses (2), wobei das Sensor-Kopfgehäuse (3) einen Sensorkopf-Deckel (8) umfasst, der – das Sensor-Kopfgehäuse (3) auf der vom Stabgehäuse (2) abgewandten Stirnseite verschließt, – schnell und einfach demontierbar ist, so dass durch die Demontage des Sensorkopf-Deckels (8) keine Beschädigung der Funktionsteile (20, 22, 23) des Sensors erfolgen kann, und – so angeordnet und dimensioniert ist, dass nach seiner Demontage die Funktionsteile (20, 22, 23) des Sensors bei in abgedichteter Montageposition in der Einheit (30) befindlichem Sensorgehäuse für Reparatur oder teilweisen bis ganzen Austausch zugänglich sind.

Description

I. Anwendungsgebiet
Die Erfindung betrifft Positionssensoren nach einem berührungslosen Funktionsprinzip in Stabbauweise zum Einsatz unter anderem in Flüssigkeiten. Positionssensoren in Stabbauweise messen berührungslos die Position eines Positionsgebers, der an einem relativ zum stabförmigen Positionssensor beweglichen Teil befestigt ist.
II. Technischer Hintergrund
Derartige Sensoren werden unter anderem im Inneren von Hydraulik- oder Pneumatik-Zylindern montiert, um jederzeit die exakte Ausschublänge der Kolben-/Zylinder-Einheit zu kennen, was für die Steuerung der damit betriebenen Maschinen und Geräte von ausschlaggebender Bedeutung ist.
Der Positionssensor ist dabei in einem dichten Gehäuse untergebracht, welches aus einem langen schlanken Sensor-Stabgehäuse und einem dicht daran anschließenden, kürzeren Sensor-Sensor-Kopfgehäuse besteht, welches einen größeren Durchmesser aufweist, und in dem die Auswerte-Elektronik untergebracht ist.
Dabei ist der Sensor mit seinem Sensor-Kopfgehäuse im Zylinder der Kolben-/Zylindereinheit längsfest so angeordnet, dass sich das schlanke Sensor-Stabgehäuse in eine meist zentrale Bohrung des Kolbens beziehungsweise der Kolbenstange hineinerstreckt, an der der Positionsgeber befestigt ist.
Indem das Sensor-Stabgehäuse und damit die Messlänge des Sensors sich über die gesamte mögliche Ausfahrlänge der Kolbenstange erstreckt, ist die aktuelle Relativposition von Kolbenstange zu Zylinder jederzeit bekannt.
Dabei befindet sich das Gehäuse des Sensors auf seiner Außenseite in unmittelbarer Kontakt mit dem Arbeitsfluid der Kolben-/Zylindereinheit und ist auch deren Arbeitsdruck ausgesetzt. Gerade bei Hydraulikeinheiten, in denen sehr hohe Drücke herrschen können, ist daher von großer Bedeutung, dass das Sensorgehäuse ausreichend stabil und dicht gestaltet ist und eine ausreichende Abdichtung zwischen dem Gehäuse des Sensors und der Kolben-/Zylindereinheit gegeben ist, meist durch eine entsprechende Dichtung am Außenumfang des Sensor-Kopfgehäuses gegenüber der umgebenden Wandung des Pneumatik- oder Hydraulikzylinders.
Als berührungsloses Sensorprinzip werden dabei differenzial-transformatorische Messverfahren (LVDT's), berührungslos induktive Messverfahren (LVD's), induktiv-potentiometrische Messverfahren (RVDT-Sensoren), Wirbelstrom-Verfahren und häufig auch magnetische Funktionsprinzipien benutzt. Bei Letzterer wird als Positionsgeber ein Permanent-Magnet benutzt, bei den anderen Verfahren eine Rohrhülse, ein Tauchanker oder ein ähnliches Bauteil. Bei PLLD-Sensoren wird durch einen Magneten in einem ferromagnetischen Kern ein virtueller Luftspalt erzeugt der die Position bestimmt. Des Weiteren sind magnetostriktive Messverfahren besonders günstig hierfür einsetzbar.
Wie bekannt, funktionieren magnetostriktive Positionssensoren wie folgt:
Ein Wellenleiter besteht in der Regel aus einem Rohr, einem Draht oder einem Band, und kann auch als elektrischer Leiter dienen. Der Wellenleiter kann weiterhin in einem formgebenden, linearen oder kreisförmigen, Körper aus nichtmagnetischem Material, z. B. Kunststoff oder Metall zur Aufnahme und Lagerung des Wellenleiters angeordnet sein.
Basierend auf dem Wiedemann-Effekt erzeugt ein in den Wellenleiter eingespeister Strom-Impuls bei seiner Überlagerung mit einem Positionsmagneten eine mechanisch-elastischen Welle.
An einer Stelle, üblicherweise an einem Ende des Wellenleiters, wird insbesondere der Torsionsanteil dieses mechanisch-elastischen Impulses von einer Detektoreinheit, die sich meist in fester Position bezüglich des Wellenleiters befindet, erfasst. Die Zeitdauer zwischen der Auslösung des Erregerstromimpulses und dem Empfang dieser mechanisch-elastischen Welle ist dabei ein Maß für den Abstand des verschiebbaren Positionselementes, z. B. des Positionsmagneten, von der Detektoreinrichtung.
Ein typischer solcher Sensor ist im US-Patent US 5 590 091 A sowie US 5 736 855 A beschrieben.
Im Folgenden wird nun beispielhaft nur noch von magnetostriktiven Positionssensoren gesprochen, ohne die Erfindung auf dieses Positions-Messprinzip zu beschränken.
Bei derartigen, in Kolben-/Zylindereinheiten verbauten Positionssensoren gibt es mehrere Problemfelder:
Ein Problemkreis ist der Reparaturfall:
Aufgrund der beschriebenen oft hohen Arbeitsdrücke bei derartigen Kolben-/Zylindereinheiten und rauen Einsatzbedingungen, wie starken Erschütterungen etc., wie sie bei Arbeitsmaschinen häufig auftreten, kann es zum Ausfall des Positionssensors kommen, so dass dieser ganz oder in Teilen, sei es ein Teil der Auswerte-Elektronik oder der Wellenleitereinheit des magnetostriktiven Sensors, ersetzt werden muss.
In diesem Fall musste bisher die Kolben-/Zylindereinheit geöffnet und der gesamte Positionssensor mit seinem Gehäuse aus der Kolben-/Zylindereinheit entnommen werden, da gerade aufgrund der genannten rauen Einsatzbedingungen die Auswerte-Elektronik im Sensor-Kopfgehäuse des Sensors in der Regel fest vergossen war.
Dies bedeutet jedoch, dass vor der Entnahme des Sensors das Arbeitsfluid in der entsprechenden Kolben-/Zylindereinheit Umgebungsdruck aufweisen muss, da sonst große Mengen von Arbeitsfluid in die Umgebung gelangen und vor allem damit verbundene andere Arbeitseinheiten unbeabsichtigt ihre Positionen verändern.
Umgekehrt muss nach dem Ersatz des Positionssensors die entsprechende Kolben-/Zylindereinheit bzw. der gesamte Arbeitskreis, an den dieser angeschlossen ist, gegebenenfalls neu befüllt, zumindest aber entlüftet werden, was eine hohen Aufwand bedeutet und bei mangelhafter Durchführung eine zusätzliche Fehlerquelle darstellt.
In der DE 101 53 489 A1 wird eine Wegaufnehmervorrichtung zur Erfassung des Wegs eines Positionsgebers offenbart, die ein sich in einer Längsrichtung erstreckendes Gehäuse, einen in dem Gehäuse angeordneten, sich parallel zu der Längsrichtung erstreckenden Messfühler, an welchen der Positionsgeber berührungslos koppelt, und ein an dem Gehäuse angeordnetes elektrisches Anschlusselement umfasst, wobei ein Deckel zum Verschluss des Gehäuses an einem Ende und das Anschlusselement als Einheit miteinander verbunden sind und diese Deckel-Anschlusselement-Einheit über den Deckel an dem Gehäuse fixiert ist.
Die US 2001/0052772 A1 beschreibt einen magnetostriktiven Sensor mit einem vormontierter Sensorelement, das als Einheit in einem Gehäuse montiert werden kann. Dieser modulare Aufbau ermöglicht einen Austausch mit verschiedenen elektronischen Baugruppen.
III. Darstellung der Erfindung
a) Technische Aufgabe
Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, einen Positionssensor in Stabbauweise, insbesondere nach dem magnetostriktiven Funktionsprinzip, zu schaffen, der leckagefrei, also ohne Öffnen des Arbeitsfluid-Kreislaufs, in einer Kolben-/Zylindereinheit gewechselt werden kann.
b) Lösung der Aufgabe
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 8 und 23 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Durch die Anordnung einer dichten Abdeckung, insbesondere eines einstückigen Sensorkopf-Deckels auf dem vom Sensor-Stabgehäuse abgewandten Sensor-Kopfgehäuse, der leicht und schnell demontierbar ist, kann man nach Entfernen des Sensorkopf-Deckels die Funktionsteile des Positionssensors erreichen und auch ganz herausziehen, ohne das Gehäuse des Sensors aus seiner Einbaulage entfernen zu müssen.
Unter leichter Demontierbarkeit wird dabei vor allem das Lösen einer formschlüssigen Verbindung, also einer Verschraubung, eines Sprengringes oder eines ähnlichen Bauteiles verstanden, und gerade nicht das Lösen einer Verbindungsart, die per se nicht für das Demontieren vorgesehen ist, wie etwa einer Verklebung, eines Vergusses, einer Verschweißung, einer Verlötung oder Ähnlichem, obwohl dabei unter Umständen der Deckel gar nicht zerstört würde, wohl aber die entsprechende Verbindungsstelle.
Wenn der Sensorkopf-Deckel dabei zerstörungsfrei demontiert und erneut montiert werden kann, ist hierfür sogar derselbe Sensorkopf-Deckel wieder verwendbar.
Dadurch ist es möglich, das Gehäuse des Positionssensors in seiner abgedichteten Montageposition in einer Kolben-/Zylindereinheit zu belassen, während die Positionsteile des Positionssensors geprüft, repariert oder ausgetauscht werden. Ein Ablassen des Arbeitsmediums und anschließendes unter Druck setzen sowie gegebenenfalls Entlüften ist dadurch nicht notwendig, so dass Arbeiten am Sensor sehr viel schneller durchgeführt werden können.
Selbst sämtliche Funktionsteile des Sensors, also der gesamte Positionssensor bis auf sein äußeres Gehäuse, können auf diese Art und Weise ausgetauscht werden. Ein Austausch des Sensorgehäuses selbst ist in den allerseltensten Fällen notwendig, da das Gehäuse in aller Regel so stabil ist, dass es keine Beschädigungen während des normalen Einsatzes erfährt.
Damit das Entnehmen der Funktionsteile und auch des Sensorkopf-Deckels selbst möglichst problemlos erfolgen kann, wird bevorzugt ein Abziehen in axiale Richtung zu der vom Sensor-Stabgehäuse abgewandte Seite hin vorgesehen.
Der Kabelauslass wird vorzugsweise in der Kappe der Aufwölbung, vorzugsweise zentral und in axialer Richtung verlaufend, angeordnet sein, zumal der Innendurchmesser der Aufwölbung so groß wie möglich gewählt wird und damit auf der Außenseite kein ausreichender radialer Freiraum zwischen Außenumfang der Aufwölbung und der Außenkontur des Kopfgehäuses zur Verfügung steht.
Der Kabelauslass kann mittels einer Steckerbuchse oder eines Kabeldurchganges, z. B. einer in einer Bohrung der Außenwandung eingesetzten Kabeltülle eingeführt sein, oder auch mittels eines in dieser Bohrung eingebrachten Innengewindes, deren Durchmesser so auf den Außenumfang des hindurchzuführenden Kabels abgestimmt ist, so dass der Kerndurchmesser des Innengewindes kleiner ist, als der Außenumfang der Isolierung des Kabels, jedoch größer als der Innenumfang des Kabels, und somit die Kabelisolierung in dem Innengewinde verschraubt und längsfest gehalten wird.
Das Gehäuse des Sensors wird in der umgebenden Einheit, beispielsweise der Kolben-/Zylindereinheit, beispielsweise mittels eines Einschraubgewindes, fixiert und mittels einer Dichtung abgedichtet. Das Einschraubgewinde befindet sich entweder am Außenumfang des Sensor-Kopfgehäuses oder am Außenumfang des Sensor-Stabgehäuses in dem an das Sensor-Kopfgehäuse anschließenden Abschnitt, vorzugsweise in einem gegenüber dem Sensor-Stabgehäuse hier etwas vergrößerten Durchmesserbereich. Die Dichtung ist dabei auf der dem Sensor-Stabgehäuse gegenüberliegenden Seite des Einschraubgewindes angeordnet, um die Dichtung nicht durch Kontakt mit dem Innengewinde des umgebenden Bauteiles beschädigen zu können.
Um das Einschraubgewinde ausreichend festziehen zu können, ist der Außenumfang des Sensor-Kopfgehäuses teilweise als Außensechskant zum Ansetzen eines Maulschlüssels ausgebildet.
Um die Auswerte-Elektronik auch gegen starke Erschütterungen zu schützen und dennoch sowohl die Auswerte-Elektronik und/oder die Wellenleitereinheit austauschen zu können ohne den dichten Einbau des Gehäuses des Positionssensors in der umgebenden Baugruppe lösen zu müssen, kann innerhalb des Sensor-Kopfgehäuses ein zum Sensorkopf-Deckel hin offener Innentopf, beispielsweise aus Kunststoff, vorgesehen werden, innerhalb dessen die Auswerte-Elektronik angeordnet und ggf. auch gegenüber dem Innentopf vergossen wird. Durch die passgenaue Aufnahme des Innentopfes im Sensor-Kopfgehäuse und von Signalleitungsverbindungen, zum Beispiel Steckverbindungen oder Schraubverbindungen, der Auswerte-Elektronik einerseits zur Wellenleitereinheit hin und andererseits zum Kabelausgang hin, kann die ggf. vergossene Elektronik als separates Bauteil nach dem Abkoppeln der Signalleitungen ausgetauscht werden, und nach dem Entnehmen der aus Auswerte-Elektronik und Innentopf bestehenden Einheit auch die dahinter liegende Wellenleitereinheit herausgenommen werden.
Der Deckel zum Verschließend des Kopfgehäuses kann ferner dazu benutzt werden, um auf einfache Art und Weise eine Fehlerdiagnose und/oder Programmierung der im Inneren des Kopfgehäuses angeordneten Auswerteelektronik vorzunehmen:
So kann die Auswerteelektronik im Inneren des Kopfgehäuses eine Lichtquelle, die beispielsweise nur Licht einer bestimmten Wellenlänge abgibt, enthalten, beispielsweise eine LED oder eine Infraroteinheit.
Wenn dann der Deckel aus einem Material, insbesondere Kunststoff, besteht, welches für Licht insgesamt oder zumindest Licht dieser speziellen Wellenlänge durchlässig ist, kann das von der im Inneren des Kopfgehäuses liegenden Lichtquelle abgegebene optische Signal, beispielsweise ein Blinkrhythmus, von außen kontaktlos detektiert werden und/oder umgekehrt, indem im Inneren des Kopfgehäuses ein entsprechender Sensor und außerhalb die entsprechende Lichtquelle angeordnet ist.
Eine einfache Lösung besteht darin, an der Stelle der Lichtquelle eine Öffnung im Deckel vorzusehen, durch die hindurch die Lichtquelle und damit das optische Signal sichtbar ist. Dadurch ist das Gehäuse dann jedoch nicht mehr dicht. Durch ein dicht eingebautes Sichtfenster wird dies vermieden.
Der Deckel besitzt einen vorzugsweise wie das Kopfgehäuse vom Umfang her sechseckigen und identisch dimensionierten Flansch, der in axialer Richtung gegenüber dem Kopfgehäuse an drei oder sechs Stellen verschraubt ist, und somit in einigen fest vorgegebenen Drehlagen relativ zum Kopfgehäuse fixierbar ist.
Vom Kopfgehäuse steht in Richtung des Deckels ein vorzugsweise umlaufender Flansch vor, der bei aufgesetztem Deckel sich in dessen Aufwölbung hineinerstreckt und diesen passgenau in Querrichtung zentriert. Die Auswerteelektronik ist auf Platinen untergebracht, die vorzugsweise in Längsrichtung zwischeneinander gegenüberliegende Nuten des Innentopfes, der beispielsweise aus Kunststoff bestehen kann, eingeschoben und ggf. fixiert werden.
Der Innentopf muss hierfür kein in Umfangsrichtung geschlossener Topf sein, sondern es genügen hierfür vom Boden des Topfes in axialer Richtung von dem Stabgehäuse sich weg erstreckende Seitenwangen, die auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind und auf ihrer Innenseite zueinander fluchtend die Nuten zum Aufnehmen der Platinen aufweisen, vorzugsweise mehrere Paare von Nuten.
Indem dieser Innentopf mit dem Deckel fest verbunden, beispielsweise verschraubt, ist, kann durch Abnehmen des Deckels auch die gesamte Auswerteelektronik zusammen mit dem Innentopf vom Sensor abgenommen werden.
Hierzu kann der Boden des Topfes über Abstandshalter mit der Kappe der Aufwölbung des Deckels verschraubt werden, oder auch am vorderen, freien Ende der Seitenwangen eine Befestigung dieser Seitenwangen gegenüber der Kappe der Aufwölbung vorgesehen sein.
Um auch den Innentopf selbst gegenüber dem Kopfgehäuse in Querrichtung zu zentrieren, weist der Innentopf in Richtung des Stabgehäuses abstrebend einen zentralen Fortsatz auf, der in eine entsprechende Ausnehmung im Boden des Kopfgehäuses passt.
Wenn die Sensorträgereinheit, in der u. a. der Längsmaßstab wie beispielsweise der Wellenleiter angeordnet ist, ebenfalls mit dem Topfgehäuse fest verbunden ist, kann durch Abziehen des Deckels die komplette Sensoreinheit mit allen Funktionsteilen aus dem Sensorgehäuse entnommen oder gegen eine funktionierende andere Einheit ausgetauscht werden.
c) Ausführungsbeispiele
Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind im Folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:
1: einen erfindungsgemäßen Positionssensor in Seitenansicht und axialer Stirnansicht vom Sensor-Kopfgehäuse her,
2: eine vergrößerte Detaildarstellung des Kopfbereiches einer anderen Bauform des Sensors,
3: Einzelteildarstellungen,
4: eine andere Bauform ähnlich 2, und
5: eine weitere Bauform ähnlich 2.
1a zeigt einen erfindungsgemäßen, z. B. magnetostriktiven, Positionssensor 1 in der Seitenansicht:
Im Inneren des in Längsrichtung 10 sich erstreckenden Sensor-Stabgehäuses 2 muss die Messvorrichtung angeordnet werden. Dort verläuft die nur in der Schnittdarstellung der 2 ff sichtbare Wellenleitereinheit 24 mit dem zentralen Wellenleiter 23.
Am linken Ende des Sensor-Stabgehäuses 2 schließt sich an dieses dicht das Sensor-Kopfgehäuse 3 an, dessen Außendurchmesser 12 um ein Mehrfaches größer als derjenige des Sensor-Stabgehäuse 2 ist, aber nur einen Bruchteil von dessen Länge besitzt. Am Übergang zum Sensor-Stabgehäuse 2 weist das Sensor-Kopfgehäuse 3 einen Bereich 16 mit vergrößertem Durchmesser gegenüber dem Sensor-Stabgehäuse 2 auf, jedoch noch deutlich geringer als der größte Durchmesser 12 des ansonsten zylindrischen Sensor-Kopfgehäuses 3, welches topfförmig, nämlich offen zu der vom Sensor-Stabgehäuse 2 abgewandten Stirnseite, ist.
Da das Sensor-Stabgehäuse 2 an dem vom Sensor-Kopfgehäuse 3 abgewandten, rechten Ende dicht verschlossen ist, beispielsweise mittels eines Enddeckels, ist somit das gesamte Gehäuse des Positionssensors zu dem in den 1 und 2 linken Ende hin offen gestaltet und dort durch einen einstückigen Sensorkopf-Deckel 8 verschlossen, dessen zentrale Aufwölbung 108a axial über die offene Stirnseite des Sensor-Kopfgehäuses 3 hinweg in den 1 und 2 nach links, vorsteht.
Entlang des Sensor-Stabgehäuses 2 wird im radialen Abstand und damit berührungslos der z. B. ringförmige Positionsmagnet 29 bewegt, dessen Position in Längsrichtung 10 von dem Positionssensor 1 gemessen werden soll.
1b zeigt die Aufsicht in Längsrichtung von der Seite des Deckels her, in der neben der radialen Einbuchtung 13 mit dem Kabelausgang 4 und dem Kabel 6 in deren Abflachung 14 auch zu erkennen ist, dass der Deckel 8 in den Innenumfang des Kopfgehäuses 3 eintaucht und dort mittels eines Sprengringes 9 gesichert ist. Auch zwei Lichtindikatoren 19 sind in dieser Stirnfläche zu sehen.
Im Gegensatz dazu zeigen die 2 eine Bauform, bei der der Deckel 8 mit seinem Flansch auf der Stirnfläche 3c des Kopfgehäuses 3 aufsitzt und über Längsverschraubungen 36 die durch Durchgangsbohrungen des Flansches hindurch verlaufen, an diesem verschraubt ist.
Die Außenkante 108c des Flansches des Deckels 8 ist dabei analog sechseckig geformt wie der Außensechskant 18 des Kopfgehäuses 3.
Der Innenraum im Kopfgehäuse 3 für die in 2 nur angedeutete Auswerteelektronik 20 wird dabei vorzugsweise durch die wesentlich größere, also sowohl in axialer Richtung 10 als auch in radialer Richtung größere, Aufwölbung 108a des Deckels 8 zur Verfügung gestellt.
Das Kopfgehäuse 3 dagegen besteht im Wesentlichen aus einer massiven, quer zur Längsrichtung 10 liegenden Platte mit dem Außensechskant 18 als Umfang, von dessen äußerem Rand nach innen zurück versetzt ein Flansch 3b auf die vom Kopfgehäuse 2 abgewandte Seite vorsteht, welcher bei aufgesetztem Deckel 8 auf der Innenseite an der Seitenwandung 108b dessen Aufwölbung 108a anliegt und den Deckel 8 dadurch zentriert.
Der Boden des Kopfgehäuses 3 ist ferner eine zentrale, vom Stabgehäuse 2 aus in die Gegenrichtung offene, runde Ausnehmung 42 auf, wie besser anhand der Einzelteildarstellung des Kopfgehäuses 3 in 3a ersichtlich.
Die Auswerteelektronik 20 ist auf Seiten-Platinen 26 angeordnet, die mit Hilfe des als Einzelteil in den 3c und 3d (Seitenansicht und Aufsicht) dargestellten Innentopfes 119 im Innenraum des Kopfgehäuses 3 gehalten werden:
Wie am besten 3c und 3d zeigen, besteht der Innentopf 119 aus einem Topfboden 119a, von dem in Richtung der Kappe 8d der Aufwölbung 108a zwei auf gegenüberliegenden Seiten angeordnete, plattenförmige Fortsätze 119c abragen.
In den Innenflächen dieser Fortsätze 119c sind einander gegenüberliegend je drei Nuten 41 angeordnet, in die jeweils Platinen 26 mit ihren Außenkanten in Längsrichtung einschiebbar sind.
Auf der gegenüberliegenden Seite weist der Topfboden 119a einen Fortsatz 119c auf, der in die Ausnehmung 42 des Kopfgehäuses 3 passt, so dass über den Flansch 3b der Deckel 8 und über die Ausnehmung 42 der Innentopf 119 im Kopfgehäuse 3 zentriert werden.
Um den Innentopf 119 samt Auswerteelektronik 20 und vorzugsweise die gesamte Sensoreinheit mit allen Funktionsteilen am Deckel 8 zu einer einheitlich handhabbaren Baugruppe zu befestigen, kann der Innentopf 119 mittels Abstandshülsen 28' von seinem Boden 119a aus gegen die Kappe 108d des Deckels 8 verschraubt werden, wozu im Boden 119a zwei Schraublöcher im Bereich zwischen den Fortsätzen 119c angeordnet sind.
Alternativ dazu kann gemäß 3b die Seitenwandung 108b in der Aufwölbung des Deckels 8 an mindestens zwei einander gegenüberliegenden Stellen so dick ausgebildet sein, dass darin die Unterbringung eines von der Flanschseite her offenen Sackloches mit Gewinde zum Verschrauben am Sensorkopfgehäuse 3 möglich wird, also unter Verzicht auf separate Abstandshülsen 28'.
Die Sensorträgereinheit 24, in der zentral der Wellenleiter 23 angeordnet ist, erstreckt sich durch die zentrale Öffnung 43 im Boden 119a des Topfes 119 in den Innenraum des Kopfgehäuses 3 hinein, ist mit dem Topf 19 fest verbunden und trägt an ihrem hinteren Ende das Sensorelement 22, welches mit der Auswerteelektronik 20 in Verbindung steht.
Durch Abziehen des als Einzelteil in 3b dargestellten Deckels 8 kann somit die gesamte Sensoreinheit mit allen Funktionselementen aus dem Gehäuse entnommen und ersetzt werden.
Indem der Deckel 8 abgedichtet auf dem Kopfgehäuse 3 aufgesetzt wird, ist die komplette Sensoreinheit im Gehäuse dicht aufgenommen.
2f zeigt im Detail die Art der Abdichtung des Deckels 108c gegenüber dem Kopfgehäuse 3:
Die zum Kopfgehäuse hin gerichtete Innenumfangskante am Treffpunkt zwischen Flansch 108c und Seitenwand 108b des Deckels 8 ist abgeschrägt, so dass in der dem gegenüber nicht abgeschrägten, innen umlaufenden Anlageschulter des Kopfgehäuses 3 ein ringförmig umlaufender, im Querschnitt dreieckiger, Freiraum 41 verbleibt.
Wie in 2f ersichtlich, ist in diesem Freiraum die Dichtung 7'', vorzugsweise ein O-Ring aus elastischem Material, untergebracht, der so dimensioniert ist, dass er bei axialer Anlage des Deckels 8 an der entsprechenden Schulter des Kopfgehäuses 3 in diesem Freiraum 41 verquetscht wird und dadurch sowohl axiale als auch radiale Kräfte auf den Deckel 8a aufbringt. Dadurch wird das Eindringen von Schmutz oder Wasser in den Innenraum des Kopfgehäuses 3 zur Auswerteelektronik unterbunden, wobei die Stärke der Abdichtung von dem Grad der Verpressung und der Elastizität der Dichtung 7'' abhängt.
Auf die gleiche Art und Weise kann auch der Innentopf 119 drehfest im Kopfgehäuse 3 gesichert werden.
Die gleiche Art der Abdichtung zwischen Deckel 8 und Kopfgehäuse 3 mittels eines in einem dreieckigen Freiraum 41 für verpressten O-Ring zeigt 4a und 4b, jedoch ist dabei auf der Außenseite des Flansches 3b des Kopfgehäuses 3 ein Außengewinde 17 aufgebracht, auf welches der kappenförmige Deckel 8 mit einem entsprechenden Innengewinde aufgeschraubt wird, bis er stark genug den O-Ring 7'' verpresst.
Dagegen zeigt 5 eine Befestigung und Abdichtung des Deckels 8 gegenüber dem Kopfgehäuse 3, bei der der kappenförmige Deckel 8 auf das Kopfgehäuse 3 aufgesetzt und mittels Verschraubung 36 fixiert wird, wobei jedoch die Längs-Schrauben 36 sich durch nach außen offene einander gegenüberliegende Aussparungen in der runden Außenkante 108c des Flansches des Deckels 8 hindurchgeführt sind.
Die Abdichtung erfolgt über einen z. B. O-Ring als Dichtung 7, der in einer im Innenumfang der Wandung 108b ausgebildeten, radial nach innen offenen, Nut angeordnet ist und gegen den Außenumfang des Flansches 3b des Kopfgehäuses 3 anliegt.
2e zeigt in einer vergrößerten Darstellung weiterhin die Abdichtung der zentral in der Kappe 108d des Deckels 8 angeordneten Steckerbuchse 5 mittels einer auf der Innenseite der Kappe 108d anliegenden, in einer axial offenen Nut der Steckerbuchse 5 liegenden, Dichtung 7'''.
Die Einzelteildarstellung des Kopfgehäuses 3 in 3a zeigt ferner das auf der vom Flansch 3b abgewandten, in Richtung des Stabgehäuses 2, weisenden Bereich 16 mit darauf auf der Außenseite aufgebrachtem Einschraubgewinde 15.
Wie die Zusammenbauzeichnung der 2a zeigt, ist das rohrförmige Stabgehäuse 2 in diesen Bereich 16 des Kopfgehäuses 3 bis fast zur Ausnehmung 42 eingeschoben und auf dessen Innenseite sowohl an der freien Stirnfläche des Stabgehäuses 2 als auch an der Außenseite an der freien Stirnfläche dieses Bereiches 16, welcher das Einschraubgewinde 15 trägt, verschweißt.
Bezugszeichenliste

1: Positionssensor
2: Sensor-Stabgehäuse
3: Sensor-Kopfgehäuse
3a: Wandung
3b: Flansch
3c: Stirnfläche
4: Kabelausgang
5: Steckerbuchse
6: Kabel
6': Steckerbuchse
7: Dichtung
7', 7'', 7*: Dichtung
8, 8': Sensorkopf-Deckel
9: Sprengring
10: Längsrichtung
13: Einbuchtung
14: Abflachung
15: Einschraubgewinde
16: vergrößerter Durchmesserbereich
17: Gewinde
18: Außensechskant
19: Lichtindikator
20: Auswerte-Elektronik
21: Schweißnaht
22: Sensorelement
23: Wellenleiter
24: Sensor-Trägereinheit
26: Platine
28, 28'': Abstandshülse
29: Positionsmagnet
41: Nuten
42: Ausnehmung
43: Öffnung
108a: Aufwölbung
108b: Seitenwandung
108c: Außenkante
108d: Kappe
119: Innentopf
119a: Topfboden
119b: Seitenwangen
119c: Fortsatz

Claims

Positionssensor (1) nach einem berührungslosen Funktionsprinzip, in geschlossener Stabbauweise zum Einsatz in einer Kolben-Zylinder-Einheit (30), mit – einem in das Arbeits-Fluid (31) der Einheit (30) eintauchenden Sensor-Stabgehäuse (2), welches mit einem Sensor-Kopfgehäuse (3) zu einem Sensorgehäuse verbunden ist, – einer im Sensorgehäuse angeordneten Sensoreinheit mit den Sensorfunktionsteilen (20, 22, 23), – wovon im Sensor-Kopfgehäuse (3) eine Auswerte-Elektronik (20) oder ein Verbindungselement nach außen untergebracht ist, – mit einem durch einen Kabelausgang (4) oder einem Steckerverbinder (5) aus dem Sensor-Kopfgehäuse (3) herausgeführten Kabel, und – einer umlaufenden Dichtung (7) auf der Außenseite des Sensor-Kopfgehäuses (3) und/oder des Sensor-Stabgehäuses (2), wobei das Sensor-Kopfgehäuse (3) einen Sensorkopf-Deckel (8) umfasst, der – das Sensor-Kopfgehäuse (3) auf der vom Stabgehäuse (2) abgewandten Stirnseite verschließt, – schnell und einfach demontierbar ist, so dass durch die Demontage des Sensorkopf-Deckels (8) keine Beschädigung der Funktionsteile (20, 22, 23) des Sensors erfolgen kann, und – so angeordnet und dimensioniert ist, dass nach seiner Demontage die Funktionsteile (20, 22, 23) des Sensors bei in abgedichteter Montageposition in der Einheit (30) befindlichem Sensorgehäuse für Reparatur oder teilweisen bis ganzen Austausch zugänglich sind.
Positionssensor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensor-Kopfgehäuse (3) einen zerstörungsfrei demontierbaren und wiedermontierbaren Sensorkopf-Deckel (8) auf der von dem Sensor-Stabgehäuse (2) abgewandten Seite der Dichtung (7) aufweist.
Positionssensor (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorkopf-Deckel (8) durch Lösen einer Formschlussverbindung entfernbar ist.
Positionssensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der Sensorkopf-Deckel (8) axial aus der vom Sensor-Stabgehäuse (2) abgewandten Seite vom Sensor-Kopfgehäuse (3) abziehbar ist.
Positionssensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Öffnen des Sensorkopf-Deckels (8) die gesamte Sensoreinheit mit allen Sensorfunktionsteilen (20, 22, 23) als eine Baugruppe aus dem Sensorgehäuse axial auf der vom Sensor-Stabgehäuse (2) abgewandten Stirnseite des Sensor-Kopfgehäuses (3) abziehbar ist.
Positionssensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit mit dem Sensorkopf-Deckel (8) lösbar verbunden ist.
Positionssensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorkopf-Deckel (8) auf der vom Sensor-Stabgehäuse (2) abgewandten Stirnfläche des Kopfgehäuses (3) aufsitzt und durch einen vom Kopfgehäuse (3) vorstehenden Flansch (3b) radial zentriert wird.
Positionssensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorkopf-Deckel (8) kappenförmig ausgebildet ist mit einer Aufwölbung (108a) axial nach außen.
Positionssensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kabelauslass (4) eine Bohrung mit Innengewinde ist, deren Kerndurchmesser kleiner ist als der Außenumfang der Isolierung des dort eingeschraubten Kabels (6).
Positionssensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Außenumfang des Sensor-Stabgehäuses (2) ein Einschraub-Gewinde (15) vorhanden ist.
Positionssensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenumfang des Sensor-Kopfgehäuses (3) über wenigstens einen Teil der axialen Erstreckung als Außensechskant (18) zum Ansetzen eines Maulschlüssels ausgebildet ist.
Positionssensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Sensor-Kopfgehäuse (3) ein zum Sensorkopf-Deckel hin offener Innentopf (19) angeordnet ist, in dem die Auswerte-Elektronik (20) angeordnet ist und der Innentopf (19) aus dem Sensor-Kopfgehäuse (3) entnehmbar ist.
Positionssensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverbindung zwischen der Detektoreinheit (22) am Wellenleiter (23) und der Auswerte-Elektronik (20) lösbar ausgebildet ist oder kontaktlos realisiert ist.
Positionssensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorkopf-Deckel (8) aus Kunststoff besteht.
Positionssensor (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorkopf-Deckel (8) aus einem Kunststoff besteht, der für Licht zumindest einer bestimmten Wellenlänge durchlässig ist.
Positionssensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Sensor-Kopfgehäuses (3) wenigstens eine LED (38) und im Sensorkopf-Deckel (8) eine LED-Öffnung (39), durch welche hindurch die LED sichtbar ist, angeordnet ist.
Positionssensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren des Sensor-Kopfgehäuses (3) eine Infrarot-Einheit (40) umfassend eine Infrarotquelle und/oder einen Infrarotsensor, angeordnet ist, die zum Programmieren und/oder der Fehlerdiagnose des Sensors dient.
Positionssensor (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufwölbung (108a) eine axiale Erstreckung aufweist, die größer ist als die axiale Erstreckung des Kopfgehäuses (3).
Positionssensor (1) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum der Aufwölbung (108a) mindestens 80% des gesamten Innenraumes des Kopfgehäuses (3) ausmacht.
Positionssensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorkopf-Deckel (8) in axialer Richtung mit der Stirnseite des Sensor-Kopfgehäuses (3) verschraubt ist.
Positionssensor (1) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorkopf-Deckel (8) die gleiche Außenkontur wie das Sensor-Kopfgehäuse (3) aufweist.
Positionssensor (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Innentopf (119) vom Topfboden (119a) aus in die vom Stabgehäuse (2) abgewandte axiale Richtung abstrebende, beidseits einander gegenüberliegende, Seitenwangen (119b) aufweist, in denen Nuten (41) ausgebildet sind zum Einschieben einer oder mehrerer Platinen (26), auf der die Auswerteelektronik (20) angeordnet ist.
Positionssensor (1) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (41) in axialer Richtung zur Innenseite der Seitenwangen (119b) hin ausgebildet sind.
Positionssensor (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Innentopf (119) einen Fortsatz (119c) aufweist, der in Längsrichtung (10) in Richtung des Sensor-Stabgehäuses (2) vorsteht und im Boden des Sensor-Kopfgehäuses (3) eine entsprechende Ausnehmung vorhanden ist.
Positionssensor (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Innentopf (119) mit dem Deckel (8) verschraubt ist.
Positionssensor (1) nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Topfboden (119a) mittels Abstandshülsen (28') gegenüber der Oberseite der Aufwölbung (108a) verschraubt ist.
Verfahren zum Auswechseln der Funktionsteile (20, 22, 23) eines in einer Kolben-Zylinder-Einheit (30) eingebauten Positionssensors (1) in Stabbauweise, dessen Sensor-Stabgehäuse (2) in das Arbeits-Fluid (31) der Einheit (30) eintaucht, gekennzeichnet durch – Freilegen der vom Sensor-Stabgehäuse (2) abgewandten Stirnfläche des Sensor-Kopfgehäuses (3) durch Abbau eventuell vorhandener, diese Stirnseite abdeckender Anbauteile an der Einheit (30), – Lösen der Fixierung des Sensorkopf-Deckels (8), – Abheben des Sensorkopf-Deckels (8) vom Sensor-Kopfgehäuse (3), und – Austausch/Reparatur des defekten Funktionsteiles (20, 22, 23) bei in abgedichteter Montageposition in der Einheit (30) befindlichem Sensorgehäuse von der vom Sensor-Stabgehäuse (2) abgewandten Seite her.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei teilweisem Austausch/Reparatur der Auswerte-Elektronik (20) der Rest der Auswerte-Elektronik (20) während der Reparatur/des Austauschs im Sensor-Kopfgehäuse (3) verbleibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Reparatur/Austausch eines Teils der Auswerte-Elektronik (20) die Signalleitung von der Auswerte-Elektronik (20) zur Detektoreinheit (22) und ebenso die Verbindung zur Steckerbuchse (5) gelöst und die gesamte Auswerte-Elektronik (20) ausgewechselt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Austausch/Reparatur eines Teils der Sensoreinheit die gesamte Auswerte-Elektronik (20) vorübergehend aus dem Sensor-Kopfgehäuse (3) entfernt und die Funktionsteile aus dem Sensor-Stabgehäuse (2) entnommen und ausgetauscht/repariert sowie wieder eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Austausch/Reparatur eines Funktionsteils (20, 22, 23) des Positionssensors (1) die gesamte Sensoreinheit mit allen Sensorfunktionsteilen (20, 22, 23), die zusammen mit dem Deckel (8) zu einer Funktionseinheit verbunden ist, mit Hilfe des Deckels (8) vom Sensor (1) abgezogen und eine analoge funktionierende neue Funktionseinheit (20, 22, 23) eingesetzt wird.