DE102006039521B4

DE102006039521B4 - Druckdose zur Betätigung mechanischer Systeme

Info

Publication number: DE102006039521B4
Application number: DE102006039521A
Authority: DE
Inventors: Werner Schnabel; Alessandro Spathas
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-08-23
Filing date: 2006-08-23
Publication date: 2009-12-17
Anticipated expiration: 2026-08-24
Also published as: US20100089168A1; WO2008022975A2; EP2054634A2; WO2008022975A3; CN101523060A; DE102006039521A1

Abstract

Mit einer Betätigungsstange ausgestattete Betätigungsdruckdose (1) zur Betätigung mechanischer Systeme mittels einer Betätigungsstange,
– wobei die Druckdose (1) zwei mittels einer Membran abgeteilte Kammern mit unterschiedlichen Druckverhältnissen aufweist,
– wobei ein Gehäuse (9) der Druckdose (1) ganz oder teilweise aus einem lichtdurchlässigen Kunststoff besteht,
– wobei innerhalb einer der beiden Kammern, welche einen Reinraum bildet, eine mit der Betätigungsstange fest verbundene Fahne (4; 5) vorgesehen ist,
– wobei außerhalb der Druckdose (1) eine Lichtschranke (6) zur Erkennung der Position der Fahne (4; 5) angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Druckdose zur Betätigung mechanischer Systeme mittels einer Betätigungsstange, wobei die Druckdose zwei mittels einer Membran abgeteilte Kammern mit unterschiedlichen Druckverhältnissen aufweist.
Zur Betätigung von mechanischen Systemen, zum Beispiel zur Verstellung von Klappen oder zum Betätigen von Ventilen, werden neben elektrisch betriebenen Systemen auch pneumatische Systeme eingesetzt. Meist sind das Druckdosen, d. h. pneumatische Systeme, bei dem die eine Seite einer Membran durch Unterdruck belastet wird, während die andere Seite durch Druck oder Umgebungsdruck belastet wird. Aus dem sich ergebenen Druckunterschied ergibt sich eine Kraft an der Membran, welche diese mittels einer Betätigungsstange weitergibt. Dies ist eine lineare Kraft-Bewegung. Der Kraft an der Membrane steht eine Federkraft entgegen, die der Membrane einen dem Druckunterschied entsprechenden Weg zuordnet. Eine Lagemeldung darüber, wo sich die Betätigungsstange augenblicklich befindet, erfolgt nicht.
Um Lagemeldungen zu erhalten ist es bekannt, mechanische Schalter oder magnetische Systeme, so genannte Hallsonden, einzusetzen um die jeweiligen Endlagen zu bestimmen. Hallsensoren werden auch eingesetzt um Zwischenlagen zu melden. Nachteilig hierbei ist, dass Schalter und Hallsensoren teuer sind, insbesondere die langen Magnete für die Hallsensoren. Dies wird aber bisher akzeptiert, da es sich hier um ein berührungsloses System handelt.
Aus der US 3,100,997 ist eine Druckmessdose bekannt, die als Vakuummessdose ausgestaltet ist. Sie enthält eine Membran, die innerhalb der Druckdose zwei Kammern mit unterschiedlichen Druckverhältnissen voneinander trennt. Ein Gehäuse der Druckdose ist dabei aus Glas hergestellt. Mit der Membran ist ein Signalgeber fest verbunden, der mit der Membran und somit abhängig vom Differenzdruck zwischen den Kammern verstellt wird. Ferner ist eine Lichtschranke zur Erkennung der Position des Signalgebers vorgesehen.
Die DE 20 2006 000 528 U1 offenbart ein Sensorgehäuse, das zumindest teilweise aus einem lichtdurchlässigen Kunststoff hergestellt ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Druckdose der eingangs genannten Art anzugeben, bei welcher auf einfache und preiswerte Art Zwischenlagen sowie Endlagen der Betätigungsstange bestimmt werden können.
Diese Erfindung wird für die eingangs genannte Druckdose dadurch gelöst, dass das Gehäuse der Druckdose ganz oder teilweise aus einem lichtdurchlässigen Kunststoff besteht, dass innerhalb einer der beiden Kammern, welche einen Reinraum bildet, eine mit der Betätigungsstange fest verbundene Fahne vorgesehen ist, und das außerhalb der Druckdose eine Lichtschranke zur Erkennung der Position der Fahne angeordnet ist.
Auf diese Weise wird mit einfachen und preiswerten Mitteln ein berührungsloses System bei einer Druckdose zur Verfügung gestellt, um eine Lagemeldung der Betätigungsstange zu ermitteln.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnung.
In der Zeichnung zeigen:
1 eine Druckdose mit einer Betätigungsstange, einer uncodierten Fahne und einer Gabellichtschranke,
2 eine Druckdose mit einer Betätigungsstange, einer Fahne mit Codierung und einer Lichtschranke,
3 ein Ausführungsbeispiel einer codierten Fahne, und
4 eine Teilansicht einer weiteren Ausführung einer Druckdose mit einer Betätigungsstange und einer Fahne mit Codierung.
Bei den Figuren handelt es sich um schematische Darstellungen, wobei nur die zum Verständnis der Erfindung wesentlichen Bauelemente dargestellt sind.
Seit einiger Zeit sind lichtdurchlässige Kunststoffe bekannt. Diese sind auch für Laserlicht durchlässig. Dabei sehen diese Kunststoffe für das menschliche Auge schwarz aus sind aber für Licht einer bestimmten Wellenlänge durchlässig. Fertigt man zum Beispiel die Unterdruckseite einer Druckdose aus diesem Material und setzt eine Fahne auf die Unterdruckseite der Membran, so kann man eine Lichtschranke außen auf die Druckdose aufsetzen, die von der innen liegenden Fahne betätigt wird. Das Licht der Lichtschranke gelangt nahezu ungehindert durch den Kunststoff und es sind keine teuren Kabeldurchführungen notwendig. Die Lichtschranke, welche durch die innen liegende Fahne betätigt wird, kann eine Gabel-, eine Reflexlichtschranke sein oder aus einer Lichtschrankenanordnung bestehen, welche aus mindestens zwei Komponenten, nämlich einer Emitterdiode und einem empfangenden lichtempfindlichen Transistor besteht.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Druckdose mit einer nicht codierten Fahne und einer Gabellichtschranke.
Die eigentliche Druckdose 1 mit einer Betätigungsstange weist in einer Kammer eine Fahne 4 auf. Mit 2 ist der Unterdruckanschluss dargestellt. Mit Hilfe der Gabellichtschranke 3 kann eine so genannte Endlage der Betätigungsstange bestimmt werden. Die obere oder untere Endlage kann am einfachsten mittels einer Gabellichtschranke oder einer Reflexlichtschranke geprüft werden, da beide Geräte aus nur einer Einheit bestehen. Die Einheit wird so auf der Druckdose befestigt, dass kein Schmutz in den Lichtweg eindringen kann.
2 zeigt eine Druckdose 1 mit einer Betätigungsstange, bei welcher das Erkennen von Zwischenlagen möglich ist. Dazu werden mehrere Lichtschranken eingebaut, wobei im dargestellten Ausführungsbeispiel lediglich eine Lichtschranke 6 dargestellt ist. Die in 2 dargestellte Druckdose verfügt über eine codierte Fahne 5. Die codierte Fahne 5 ist detailliert in 3 dargestellt. Wie aus 3 zu erkennen ist, ist die Fahne aufgeteilt in Bereiche, welche das Licht durchlassen, und Bereiche, welche das Licht nicht durchlassen. Sind nun über die Breite der Fahne vier Bereiche angeordnet, so werden vier Lichtschranken benötigt und es ist eine Positionsmeldung von vier Bit möglich. Wird nun zum Beispiel eine Klappe um 90° Grad verstellt, so bedeutet dass eine Positionierung um 5,6° Grad.
Natürlich sind auch sparsamere Lösungen denkbar, so kann zum Beispiel nur eine Emitterdiode verwendet werden, welche Licht durch eingespritzte Spiegel (Totalreflexion im Kunststoffmaterial) auf die lichtempfindlichen Transistoren schickt. Damit sind preiswert wesentlich mehr Bit realisierbar. Ein Ausführungsbeispiel, bei welchem diese Lösung eingesetzt wird ist in 4 gezeigt. Dabei sind in 4 mit 9 ein lichtdurchlässiges Gehäuse, mit 8 die Spiegelanordnung, mit 5 die codierte Fahne, mit 10 die Emitterdiode und mit 11 die lichtempfindlichen Transistoren, welche als Empfänger dienen, gekennzeichnet.
Eine andere moderne Lösung ist die, die Position genau festzustellen, wie dies bei einer kugellosen Computermaus der Fall ist. Bei dieser Lösung wird eine Reflexions-Lichtschranke eingesetzt und die Bewegung wird durch einen Chip registriert. Hierbei sollte die Lageaber ab der Endlage immer wieder neu berechnet werden.
Dadurch, dass das Material lasergeeignet ist, kann die Druckdose auch mittels eines Lasers verschweißt werden.
Nachfolgend sollen die Vorteile der vorliegenden Erfindung kurz aufgezählt werden:

1. Verwendung einer Lichtschranke als Schaltelement. Dies ist billig und liefert ein sicheres Signal
2. Verwendung eines für die Wellenlänge der Emitterdioden durchlässiges schwarzen Kunststoff.
3. Die Bauteile der Lichtschranke befinden sich außerhalb des mit Unter- oder Überschlag beaufschlagten Raumes, so sind keine teuren und unsicheren Durchführungen notwendig.
4. Die Fahne zur Betätigung der Lichtschranke befindet sich im Reinraum auf der Unter- oder Überdruckseite der Druckdose.
5. Durch Verwendung mehrerer Empfangstransistoren können Zwischenstellungen festgestellt werden. Die Fahne hat eine entsprechende digitale Codierung.
6. Das Kunststoffteil der Unter- oder Überdruckseite kann so gespritzt werden, dass Spiegel entstehen und das Licht einer einzigen Emitterdiode verteilt werden kann.

1: Druckdose (mit Betätigungsstange)
2: Unterdruckanschluss
3: Gabellichtschranke
4: Fahne
5: Fahne mit Codierung
6: Lichtschranke
7: Prüfreihe
8: Spiegelanordnung
9: Lichtdurchlässiges Gehäuse
10: Emitterdiode
11: Lichtempfindliche Transistoren (Empfänger)

Claims

Mit einer Betätigungsstange ausgestattete Betätigungsdruckdose (1) zur Betätigung mechanischer Systeme mittels einer Betätigungsstange, – wobei die Druckdose (1) zwei mittels einer Membran abgeteilte Kammern mit unterschiedlichen Druckverhältnissen aufweist, – wobei ein Gehäuse (9) der Druckdose (1) ganz oder teilweise aus einem lichtdurchlässigen Kunststoff besteht, – wobei innerhalb einer der beiden Kammern, welche einen Reinraum bildet, eine mit der Betätigungsstange fest verbundene Fahne (4; 5) vorgesehen ist, – wobei außerhalb der Druckdose (1) eine Lichtschranke (6) zur Erkennung der Position der Fahne (4; 5) angeordnet ist.
Betätigungsdruckdose nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtschranke (6) eine Gabellichtschranke ist, welche im Endbereich der Fahne (4; 5) angeordnet ist und welche die Endlage der Fahne (4; 5) feststellt.
Betätigungsdruckdose nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahne (5) eine Anordnung von benachbarten lichtdurchlässigen und nicht lichtdurchlässigen Flächen aufweist, die zusammen eine Kodierung bilden, wobei außerhalb der Kammer auf der einen Seite der Fahne (5) Licht aussendende Emitterdioden (10) und auf der anderen Seite der Fahne (5) lichtempfindliche Transistoren (11) angeordnet sind.
Betätigungsdruckdose nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffteil einer der Kammern derart gespritzt ist, dass auf seiner Innenseite Spiegel (8) entstehen und das Licht einer Emitterdiode (10) verteilt wird.
Betätigungsdruckdose nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reflexions-Lichtschranke eingesetzt und die Bewegung mittels eines Chips registriert wird.