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Die
Erfindung betrifft einen Aktor, insbesondere einen pneumatischen
Zylinder, mit einem in einem Bewegungsraum eines Gehäuses
beweglich angeordneten Aktorglied und einer Mikrowellen-Positionsmessvorrichtung
zur Positionsermittlung des Aktorglieds in dem Bewegungsraum und
mit einer Mikrowellen-Antennenanordnung zum Senden von Mikrowellen
in den einen Hohlleiter bildenden Bewegungsraum und zum Empfangen
von durch Reflexion der gesendeten Mikrowellen an dem Aktorglied
gebildeten Reflexions-Mikrowellen aus dem Bewegungsraum.
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Eine
derartige Mikrowellen-Positionsmessvorrichtung ist beispielsweise
Gegenstand der nicht vorveröffentlichten
europäische Patentanmeldung 05 027
443.2. Die Koppelsonde ist im Deckel eines pneumatischen
Zylinders untergebracht. Die Koppelsonde befindet sich an einer
Stirnseite am Ende des Bewegungsraums im Innern einer Ausnehmung,
in die ein Vorsprung am Aktorglied, nämlich dem Kolben
des pneumatischen Zylinders, eindringen kann. Die Ausnehmung ist
beispielsweise Be standteil einer Dämpferanordnung zum Bremsen
der Endgeschwindigkeit des Kolbens.
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Allerdings
ist die am Ende des Bewegungsraums angeordnete Antenne mechanischen
Belastungen ausgesetzt. Ferner eignet sich diese Antennenform nicht
zur Anregung jeder Art von Hohlleiter-Wellentypen, beispielsweise
nicht für Mikrowellen im H11-Mode. Antennen für
H11-Mikrowellen sind in der Regel stabförmig und ragen
seitlich bis etwa in die Mitte des Rundhohlleiters hinein. Solche
Antennen stehen dann der Bewegung des Aktorglieds, beispielsweise
des Kolbens, im Wege.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Mikrowellen-Antennenanordnung vorzuschlagen,
bei der ein Freiraum vorhanden ist, in den beispielsweise das Aktorglied
oder ein daran befindlicher Vorsprung eindringen kann.
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Zur
Lösung der Aufgabe ist bei einem Aktor der eingangs genannten
Art vorgesehen, dass die Mikrowellen-Antennenanordnung eine Antenne
mit einem teilringförmigen, sich um einen Freiraum erstreckenden
Teilring-Antennenleiter aufweist.
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Der
Freiraum eignet sich beispielsweise als Eindringraum für
das Aktorglied oder einen daran angeordneten Vorsprung, beispielsweise
einen Dämpfer- oder Bremsvorsprung einer Dämpfer anordnung, oder
Bremsanordnung, die das Aktorglied im Bereich einer Endlage abbremst.
Die Antenne steht dem Aktorglied oder einem sonstigen beweglichen
Bauteil nicht im Wege. Die Antenne ermöglicht einen Übergang
von einer koaxialen Leitungswelle, einer sogenannten TEM-Mikrowelle,
in eine H11-Mikrowelle, die man auch als TE11-Welle bezeichnet.
Im Vergleich zu anderen Wellentypen, beispielsweise E01-Mikrowellen,
kann die Positionsmessvorrichtung gemäß der Erfindung
mit niedrigen Frequenzen betrieben werden. Im Vergleich zu einer
E01-Welle ist die Betriebsfrequenz beispielsweise ca. 30% kleiner.
Bei einem Aktorgehäuse, beispielsweise einem pneumatischen
Zylinder mit einem Innendurchmesser von 40 mm, kann eine H11-Welle
beispielsweise bereits oberhalb von 4,4 GHz verwendet werden, während sich
eine E01-Mikrowelle erst bei 5,7 GHz oder mehr im dem Hohlleiter
ausbreiten würde.
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Ferner
ist das Reflexionsverhalten bei den H11-Mikrowellen besser als bei
E01-Mikrowellen.
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Das
bewegliche Aktorglied reflektiert die Mikrowellen, die mit Hilfe
z. B. einer Koppelsonde der Mikrowellen-Antennenanordnung in den
Bewegungsraum eingekoppelt werden. Anhand einer Laufzeitmessung
und/oder anhand eines Phasenvergleichs zwischen gesendeten Mikrowellen
und empfangenen Mikrowellen, die beispielsweise einen Frequenzbereich
von 10 MHz–25 GHz, vorteilhaft 1 GHz–25 GHz, haben,
ermittelt die Positionsmessvorrichtung eine Position des Aktorglieds
in seinem Bewegungsraum. Die Positionsmessvorrichtung misst z. B.
den Abstand des Aktorglieds von einem Endanschlag im Bereich der
Mikrowellen-Antennenanordnung.
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Der
Aktor, z. B. ein elektrischer und/oder fluidtechnischer Antrieb,
hat ein Gehäuse mit einem elektrisch leitfähigen
Bewegungsraum, in dem ein Aktorglied, beispielsweise ein Läufer
eines elektrischen Motors oder ein Kolben eines pneumatischen Antriebs,
beweglich angeordnet ist. Der Aktor ist zweckmäßigerweise
ein Linearaktor. Das Aktorglied ist dann linear beweglich. Auch
bei einem Dreh- oder Schwenkantrieb ist das erfindungsgemäße
Prinzip einsetzbar.
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Der
Aktor kann elektrisch und/oder fluidtechnisch, beispielsweise pneumatisch
oder hydraulisch, angetrieben werden. Auch ein sogenannter Hybrid-Antrieb,
der elektrisch und fluidtechnisch antreibbar ist, ist vorteilhaft.
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Eine
weitere Variante der Erfindung kann vorsehen, dass die Positionsmessvorrichtung
einen Bestandteil eines Fluidventils bildet, beispielsweise eines
pneumatischen Ventils. Das Aktorglied ist in diesem Falle z. B.
das Ventilglied des Fluid ventils, beispielsweise ein Antriebskolben,
mit dem das Ventilglied pneumatisch angetrieben wird.
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Der
Teilring-Antennenleiter korreliert vorteilhaft mit einer Innenkontur
des Hohlleiters quer zur Ausbreitungsausrichtung der Mikrowellen.
Beispielsweise verläuft der Teilring-Antennenleiter parallel
zur Innenkontur. Diese Innenkontur ist zweckmäßigerweise
zumindest in einem Hauptabschnitt des Bewegungsraums vorhanden.
Es ist auch vorteilhaft, wenn der Teilring-Antennenleiter mit einer
Innenkontur des Freiraums korreliert, das heißt parallel
zu dieser Innenkontur verläuft. Der Teilring-Antennenleiter
verläuft nämlich möglichst nahe bei dem
Freiraum bzw. Eindringraum für das Aktorglied bzw. dessen
Vorsprung, so dass ein Abstand zwischen dem Teilring-Antennenleiter
und einer Innenwand im Hauptabschnitt des Bewegungsraumes möglichst
groß ist.
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Der
Ringverlauf des Teilring-Antennenleiters kann kreisringförmig
sein, beispielsweise wenn der Bewegungsraum ebenfalls einen kreisförmigen Querschnitt
aufweist. Es versteht sich, dass auch polygonale, beispielsweise
rechteckige oder viereckige, elliptische oder in sonstiger Form
gerundete Ringverläufe des Teilring-Antennenleiters möglich
sind.
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Der
Teilring-Antennenleiter ist zweckmäßigerweise
mit einem Antennen-Anschlussleiter an eine Hochfrequenzeinrichtung
zur Erzeugung und/oder zum Empfang von Mikrowellen gekoppelt. Diese
Ankopplung kann unmittelbar sein, das heißt es besteht
eine elektrisch leitende Verbindung (auch gleichstrommäßig
leitende Verbindung) zwischen den Teilring-Antennenleiter und der
Hochfrequenzanordnung. Bevorzugt ist jedoch eine kontaktlose Kopplung,
die später noch im Detail beschrieben wird.
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Der
Antennenanschlussleiter zur direkten Verbindung oder kontaktlosen
Kopplung an die Hochfrequenzeinrichtung ist zweckmäßigerweise zwischen
den Teilring-Armen des Teilring-Antennenleiters angeordnet, so dass
eine gabelförmige Antennenstruktur gebildet ist. Die Arme
sind vorteilhaft gleich lang, das heißt der Antennen-Anschlussleiter befindet
sich mittig zwischen den Teilring-Armen. Eine asymmetrische Länge
der Teilring-Arme kann aber auch vorteilhaft sein, beispielsweise
zur Anpassung an die Bauart des Aktor-Gehäuses, zur Anpassung
der Eingangsimpedanz der Antenne an der Hochfrequenzeinrichtung
oder dergleichen.
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Die
Teilring-Arme haben vorteilhaft etwa ein Viertel der Wellenlänge
der Mikrowellen bei der jeweiligen Arbeitsfrequenz der Positionsmessvorrichtung.
Es sind aber auch längere oder kürzere Teilring-Arme
möglich.
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In
diesem Zusammenhang sei betont, dass die Positionsmessvorrichtung
zum Senden und Empfangen von Mikrowellen mit konstanten oder mit
unterschiedlichen Frequenzen ausgestaltet sein kann, wobei erste
Betriebsfrequenzen zur Positionsbestimmung des Aktorgliedes und
zweite Betriebsfrequenzen zur Kalibrierung der Positionsmessvorrichtung dienen
können. Jede dieser Frequenzen kann vorteilhaft mit der
erfindungsgemäßen Teilring-Antenne gesendet und/oder
empfangen werden.
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Die
oben bereits erwähnte kontaktlose Kopplung der Antenne
mit einer Hochfrequenzeinrichtung zur Erzeugung und/oder zum Empfang
von Mikrowellen stellt an sich schon eine eigenständige
Erfindung dar. Die kontaktlose Kopplung kann auch mit anderen Antennenbauformen,
z. B. tellerartigen Antennen, realisiert werden. Die Montage der
Positionsmessvorrichtung und somit auch des Aktors wird vereinfacht,
da keine oder nur wenige elektrische Verbindungen herzustellen sind.
Die kontaktlose Kopplung ist sozusagen eine reine Strahlungskopplung.
Leitende Gleichstrom-Verbindungen zwischen der Antennenstruktur,
z. B. dem Teilring-Antennenleiter, und einer Speiseleitung die zur
Hochfrequenzeinrichtung führt, sind nicht nötig.
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Man
kann die Komponenten der Kopplungsanordnung oder der Antennenanordnung
insgesamt auch durch eine Beschichtungstech nik herstellen, wobei
aufgrund der kontaktlosen Kopplung die Montage einfach ist.
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Ein
Kopplungsabschnitt des Antennen-Anschlussleiters der Antenne und
ein Kopplungsleiter der Kopplungsanordnung verlaufen zweckmäßigerweise
parallel. Der Kopplungsleiter hat zweckmäßigerweise
eine Länge, die einem Viertel der Wellenlänge
der Mikrowellen bei ihrer jeweiligen Arbeitsfrequenz entspricht.
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Der
Kopplungsleiter ist an seinem Eingangsende über eine Speiseleitung
mit der Hochfrequenzeinrichtung verbunden und an seinem entgegengesetzten
Ausgangsende, dem freien Ende, mit dem Hohlleiter elektrisch verbunden.
Diese elektrische Verbindung kann unmittelbar oder beispielsweise auch über
ein Halteelement für die Kopplungseinrichtung realisiert
sein. Jedenfalls ist am ausgangsseitigen Ende ein Kurzschluss vorhanden.
Bei der Arbeitsfrequenz stellt sich dieser Kurzschluss jedoch eingangsseitig
als Leerlauf dar, da der Kopplungsleiter eine Länge aufweist,
die einem Viertel der Wellenlänge der Mikrowellen bei der
Arbeits- oder Betriebsfrequenz entspricht. Der Kopplungsleiter transformiert
somit einen Kurzschluss am Ende in einen Leerlauf am Eingang oder
umgekehrt.
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Die
Kopplungsanordnung umfasst zweckmäßigerweise eine
Lecherleitung. Bei der bevorzugten Ausführungsform mit
der kontaktlosen Kopplung, sind die parallel verlaufenden Leiter,
nämlich der Kopplungsleiter und der Kopplungsabschnitt
des Antennen-Anschlussleiters an ihren jeweiligen Ende offen. Es
wäre aber auch möglich, die beiden Leiter an ihren
Enden miteinander zu verbinden.
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Die
Kopplungsanordnung kann vorteilhaft mit koaxialen Leitern oder Streifenleitern
aufgebaut werden.
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Der
Kopplungsabschnitt des Antennenanschlussleiters und des Teilring-Antennenleiters
sind zweckmäßigerweise winkelig zueinander, beispielsweise
rechtwinkelig. Somit ist ein platzsparende Bauweise realisiert.
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Die
Speiseleitung ist zweckmäßigerweise eine Koaxialleitung.
Eine sogenannte Semirigid-Leitung oder Festmantel-Leitung ist vorteilhaft.
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Die
Komponenten der Mikrowellen-Antennenanordnung und/oder der Kopplungsanordnung sind
vorteilhaft als bei der Montage steckbare Komponenten ausgestaltet.
Dies betrifft beispielsweise den Teilring-Antennenleiter, der als
Einsatzelement in vorzugsweise einen Deckel des Aktor-Gehäuses
eingesetzt wird. Aber auch weitere Komponenten, beispielsweise ein
Dielektri zitätskörper oder Isolationskörper
zwischen dem Kopplungsleiter und dem Aktor-Gehäuse ist
zweckmäßigerweise eine Steck-Komponente.
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Vorteilhaft
ist ein Halter vorgesehen, an dem eine Massefläche für
den Kopplungsleiter vorhanden ist.
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Die
Mikrowellen-Antennenanordnung oder die Kopplungsanordnung sind zweckmäßigerweise zumindest
teilweise durch auf ein Dielektrikum aufgebrachte Beschichtungen
gebildet. Dies kann beispielsweise durch physikalisches oder chemisches Beschichten
geschehen. Auch die sogenannte MID-Technik, ein Aufsputtern von
elektrisch leitenden Schichten oder eine Volumenbeschichtung sind
vorteilhaft. Ferner ist es denkbar, die Komponenten der Mikrowellen-Antennenanordnung
zumindest teilweise durch Ätztechnik herzustellen. So ist
beispielsweise auf diesen Wege der Teilring-Antennenleiter realisierbar.
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Vorteilhaft
sind Schutzmittel für die Antenne, insbesondere für
den Teilring-Antennenleiter. Beispielsweise ist der Teilring-Antennenleiter
vergossen. Auch die Komponenten der Kopplungsanordnung sind vorteilhaft
geschützt. Auch hier wäre ein Vergießen
möglich. Andererseits ist für eine einfache Montage
bevorzugt, Schutzkörper oder Schutzglieder vorzusehen,
die den zu schützenden Komponenten, beispielsweise den
Teilring- Antennenleiter, den Kopplungsleiter und dergleichen, als
separate Bauelemente vorgelagert sind und einen Schutz vor beispielsweise
mechanischen Beschädigungen bieten.
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Beispielsweise
ist dem Teilring-Antennenleiter ein Anschlagkörper für
das Aktorglied oder ein Schutzkörper vorgelagert. Es ist
auch möglich, dass der Teilring-Antennenleiter an einem
Anschlagkörper angeordnet ist, allerdings soweit zurück
versetzt und geschützt, dass der durch das Aktorglied oder
einen daran angeordneten Vorsprung nicht beschädigt wird.
Der Anschlagkörper weist vorteilhaft eine Ausnehmung auf,
die einen Eindringraum für das Aktorglied oder einen an
dem Aktorglied angeordneten Vorsprung bereitstellt.
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Der
Teilring-Antennenleiter ist zweckmäßigerweise
im Bereich einer Bremsanordnung zum Abbremsen einer Endgeschwindigkeit
des Aktorglieds an seinem jeweiligen Aktorgehäuse-Endanschlag angeordnet.
Der Teilring-Antennenleiter kann aber auch in eine Baueinheit der
Bremsanordnung integriert sein, beispielsweise den vorgenannten
Anschlagkörper.
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Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung
erläutert. Es zeigen:
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1 einen
schematischen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen
Aktors mit einer erfindungsgemäßen Positi onsmessvorrichtung,
etwa entsprechend einer Linie A-A in 5,
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2a eine
Querschnittsansicht der Positionsmessvorrichtung gemäß 1,
etwa entsprechend einer Linie B-B in 1,
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2b Varianten
der Positionsmessvorrichtung gemäß 2a mit
kürzeren und längeren Teilring-Antennenarmen,
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3 eine
detaillierte Explosionsdarstellung eines Deckels eines Aktor-Gehäuses
gemäß 1 sowie von Komponenten der
Positionsmessvorrichtung,
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4 der
Deckel gemäß 3 in teilweise montiertem
Zustand,
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5 den
Deckel gemäß 4 in vollständig
montiertem Zustand, und
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6 eine
alternative geometrische Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen
Positionsmessvorrichtung.
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Ein
Aktorglied 11 eines Aktors 10a ist in einem Aktor-Gehäuse 12 linear
hin und her beweglich angeordnet. Das Aktorglied 11 ist
ein Kolben 13, der durch über Druckluftanschlüsse 14, 15 einspeisbare Druckluft 16 aus
einer nicht dargestellten Druckluftquelle antreibbar ist. Durch
Beaufschlagen des Aktorglieds 11 mit der Druckluft 16 über
einen Druckluftanschluss 14, 15 und Auslassen
der Druckluft 16 am jeweils anderen Druckluftanschluss 14 oder 15 ist
der Kolben 13 zwischen Endanschlägen 17, 18 an
Deckeln 19, 20 antreibbar. Ein zwischen den Deckeln 19, 20 angeordnetes
Mittelteil 21 des Gehäuses 12 bildet
einen Bewegungsraum 22 für das Aktorglied 11.
An dem Kolben 13 ist eine Kolbenstange 23 angeordnet,
die eine Öffnung 24 am Deckel 20 durchdringt,
wo zweckmäßigerweise eine Dichtung angeordnet
ist.
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Der
Bewegungsraum 22 hat vorliegend einen kreisrunden Durchmesser,
wobei polygonale, elliptische oder sonstige Geometrien ebenfalls
denkbar sind. Eine Innenwand 25 des Mittelteils 21 sowie
weitere nachfolgend beschriebene Wandungsbereiche des Gehäuses 12 sind
elektrisch leitfähig. Beispielsweise bestehen diese Komponenten
aus Metall oder sind elektrisch leitfähig beschichtet.
Auch das Aktorglied 11 ist elektrisch leitfähig.
Insgesamt ist ein Hohlleiter 26 gebildet.
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Eine
Positionsmessvorrichtung 30 dient zur Positionserfassung
eines Aktorglieds 11 innerhalb des Bewegungsraums 22.
Die Po sitionsmessvorrichtung 30 misst einen Abstand 31 des
Aktorglieds 11 beispielsweise vom Endanschlag 17.
Eine Mikrowellen-Antennenanordnung 32 mit einer Antenne 33a sendet
Mikrowellen 34 in den Bewegungsraum 22 bzw. Hohlleiter 26,
die vom Aktorglied 11 reflektiert werden, so dass Reflektions-Mikrowellen 35 wieder zurück
in Richtung der Mikrowellen-Antennenanordnung 32 kommen.
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Mit
Hilfe einer Hochfrequenzeinrichtung 36 können
die Mikrowellen 34 erzeugt werden, die die Mikrowellen-Antennenanordnung 32 in
den Bewegungsraum 22 einkoppelt. Die Hochfrequenzeinrichtung 36 enthält
nicht näher bezeichnete Einkopplungselemente und Auskopplungselemente,
zum Beispiel Kondensatoren, Millimeterwellen Integrated Circuits
(MMICs), Richtkoppler oder dergleichen. Die Hochfrequenzeinrichtung 36 kann
die Mikrowellen 34 vorteilhaft in unterschiedlichen Frequenzen
senden, beispielsweise mit Hilfe eines spannungsgesteuerten Oszillators
(VCO) oder dergleichen.
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Die
Auswerteeinrichtung 37 ermittelt beispielsweise anhand
der Laufzeit von Pulsen der Mikrowellen 34, 35 (Pulsradar),
anhand von Phasenverschiebungen zwischen hinlaufenden (34)
und rücklaufenden Mikrowellen 35 (Interferometer-Verfahren),
anhand eines FMCW-Verfahrens (Frequency Modulated Continuous Wave)
oder dergleichen die Position, die z. B. dem Abstand 31 entspricht,
des Aktorglieds 11 innerhalb des Bewegungsraumes 22. Beispielsweise
enthält die Auswerteeinrichtung 37 und/oder die
Hochfrequenzeinrichtung 36 eine Mischeinrichtung zum Mischen,
z. B. zum Multiplizieren der gesendeten Mikrowellen 34 und
der reflektierten Mikrowellen 35, einen Prozessor, einen
Speicher und/oder weitere elektronische Bauelemente, beispielsweise
ASICs (Application Specific Integrated Circuits) oder dergleichen.
Die Auswerteeinrichtung 37 sendet ein die jeweilige Position
des Aktorglieds 11 repräsentierendes Positionssignal 39 über
eine Leitung oder drahtlos mit einer Antenne z. B. an eine übergeordnete
Steuerung 38.
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Die
Antenne 33a hat einen sich um einen Freiraum 41a erstreckenden,
teilringförmigen Teilring-Antennenleiter 40a.
Der Antennenleiter 40a ist vorliegend kreisringförmig,
so dass sein Verlauf mit dem kreisrunden Innenquerschnitt des Hohlleiters 26 und
zudem dem kreisringförmigen Querschnitt des Freiraums 41a korreliert.
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Der
Freiraum 41a ist im Deckel 19 ausgebildet und
bildet einen Eindringraum 42 für einen Vorsprung 43 des
Kolbens 13. Der Vorsprung 43 ist ein Dämpfervorsprung
einer Puffer- oder Bremsanordnung 44 zum Abbremsen des
Aktorglieds 11 im Bereich des Endanschlags 17,
so dass das Aktorglied 11 mit verringerter Geschwindigkeit
am Endanschlag 17 auftrifft. Wenn der Vorsprung 43 in
den Eindringraum 42, den man auch als Dämpferkammer
bezeichnen kann, eindringt, verschließt er auf seinem letzten
Bewegungsabschnitt den Druckluftkanal 45 des Druckluftanschlusses 14,
so dass Druckluft nur noch über einen in 3 dargestellten
Bypasskanal oder Nebenkanal 46 aus dem abströmseitigen
Teil des Bewegungsraums 22 ausströmen kann. Der wirksame
Innenquerschnitt und somit der Strömungsquerschnitt des
Nebenkanals 46 ist durch Einstellmittel, beispielsweise
eine Einstellschraube 47 einstellbar, so dass die Bremswirkung
der Bremsanordnung 44 an die jeweiligen Erfordernisse anpassbar
ist.
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Am
Aktorglied 11, bei an seinem Außenumfang oder
am Außenumfang 48 des Vorsprungs 43 ist zweckmäßigerweise
eine Rillenanordnung 49 mit einer oder mehreren Rillen 50 angeordnet.
Wenn von der Mikrowellen-Antennenanordnung 32 im vorzugsweise
H11-Mode gesendete Mikrowellen 34 auf ein koaxiales Hindernis
wie z. B. den Kolben 13 treffen, werden sie teilweise reflektiert
oder teilweise in eine Welle mit einem Feldbild umgewandelt, das
einem höheren Mode in seiner Koaxialleitung entspricht, das
heißt z. B. einer H11-Welle in einer Koaxialleitung.
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Der
Bewegungsraum 22 bildet den Außenleiter der Koaxialleitung
für die Mikrowellen 34, 35. Die Rillenanordnung 49 be hindert
den Stromfluss am Innenleiterabschnitt dieser Koaxialleitung. Der
Stromfluss kann nicht oder nur teilweise über die Rillen 50 fließen,
was zu einer lokalen Reflektion der Mikrowellen 34 und
somit zur Bildung der gewünschten Reflexions-Mikrowellen 35 führt.
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Von
dem Teilring-Antennenleiter 40 führt ein Antennen-Anschlussleiter 41 zur
Verbindung mit der Hochfrequenzeinrichtung 36 weg. Der
Antennen-Anschlussleiter 41 ist mittig zwischen den Enden
des Teilring-Antennenleiters 40a an diesen angeschlossen,
so dass sich vom Anschlussbereich des Anschlussleiters 51 zwei
gleichlange Teilring-Arme 52a weg erstrecken. Somit wird
eine gabelförmige Antennenstruktur gebildet. Die Enden
des Teilring-Antennenleiters 40a sind voneinander entfernt.
Die Arme 52a haben vorzugsweise eine Länge von
etwa einem viertel der Wellenlänge der Mikrowellen 34.
Es versteht sich, dass alternativ auch kürzere oder längere Teilring-Arme
möglich sind, wie z. B. Teilring-Arme 52b und 52c bei
Teilring-Antennenleitern 40b, 40c, die in 2b dargestellt
sind. Mit anderen Worten müssen sich die Arme eines jeweiligen
erfindungsgemäßen Teilring-Antennenleiters nicht über
den gesamten Außenumfang eines Eindringraums erstrecken.
Es genügt ein Teilbereich des Außenumfangs.
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Zweckmäßigerweise
ist der Teilring-Antennenleiter 40a nahe an einem Innenumfang 53 des Eindringraums 42 angeordnet,
z. B. radial innen, so dass ein großer Abstand 54 zwischen
dem Teilring-Antennenleiter 40 und einer Innenkontur 55 des Hohlleiters 26,
das heißt der elektrisch leitenden Innenwand 25 des
Aktor-Gehäuses 12 vorhanden ist. Somit kann sich
im Abstand 54, das heißt im Zwischenraum zwischen
den Teilring-Armen 52a und der Innenwand 25, ein
Feld 56 ausbilden, das quer zum Feld der erzeugten Mikrowellen 34 ist,
so dass sich aus dem Feld 56 die Mikrowellen 34 lösen
können.
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Die
Teilring-Arme 52a verlaufen parallel zur Innenkontur 55 des
Hohlleiters 26.
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Von
dem Antennenleiter 40 führt ein kurzer Anschlussabschnitt 57 des
Antennen-Anschlussleiters 51 zu einem Kopplungsabschnitt 58 des
Antennen-Anschlussleiters 51. Zwar wäre es prinzipiell möglich,
den Antennen-Anschlussleiters 51 unmittelbar mit der Hochfrequenzeinrichtung 36 zu
verbinden. Bei der Positionsmessvorrichtung 30 ist jedoch eine
kontaktlose, rein auf Strahlung basierende Ein- und Auskopplung
von Mikrowellen realisiert. Hierfür ist eine Kopplungsanordnung 60 vorgesehen.
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Ein
koaxiale Speiseleitung 61 ist mit einem Kopplungsleiter 62 verbunden.
Der Mittelleiter der Speiseleitung 61 ist mit einem Eingangsende 63 des Kopplungsleiters 62 verbunden,
während das Ausgangsende 64 genauso wie der Mantel
der Speiseleitung 61, die zweckmäßigerweise
eine Semirigid-Leitung oder Festmantel-Leitung ist, mit dem Potential der
Innenwand 25, beispielsweise Masse, verbunden ist. Der
Kopplungsleiter 62 ist eine sogenannte Lambda-Viertel-Leitung,
so der Kurzschluss an Ausgangsende 64 am Eingangsende 63 als
Leerlauf auftritt. Der Kopplungsleiter 62 ist zweckmäßigerweise als
sogenannte Microstrip-Leitung oder Mikrostreifen-Leitung ausgestaltet.
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Der
Kopplungsleiter 62 und der Kopplungsabschnitt 58 des
Anschlussleiters 51 verlaufen parallel und beabstandet
zueinander. Zwischen den beiden Leitern 62, 51 ist
ein Abstand und zusätzliche eine Isolation, die durch z.
B. das Material eines Einsatzkörpers 65 gebildet
ist, vorhanden.
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Der
Kopplungsleiter 62 und der Kopplungsleiterabschnitt 58 bilden
insgesamt eine Lecherleitung.
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Die
Komponenten der Positionsmessvorrichtung 30 sind geschützt
im Deckel 19 angeordnet. Beispielsweise sind die Auswerteeinrichtung 37 und
die Hochfrequenzeinrichtung 36 in entsprechenden Ausnahmeräumen
im Gehäuse des Deckels 19 angeordnet.
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Der
Deckel 19 kann insbesondere im Bereich seiner elektrischen
Komponenten vorteilhaft aus Kunststoff sein. Insoweit leitende Bestandteile
erforderlich sind, beispielsweise an der Innenwand 25,
ist eine elektrisch leitfähige Beschichtung oder eine Bauweise
aus Metall vorteilhaft.
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Der
Kopplungsleiter 62, der Anschlussleiter 51 und
der Teilring-Antennenleiter 40 sind vorteilhaft an oder
in dem Einsatzkörper 65, der beispielsweise aus
Kunststoff besteht, angeordnet. Beispielsweise sind diese Leiter
in dem Einsatzkörpers 65 vergossen. Somit sind
diese Leiter vor Umwelteinflüssen, insbesondere mechanischen
Beschädigungen durch das Aktorglied 11, durch
die Druckluft 16 und dergleichen, geschützt. Der
Einsatzkörper 65 ist beispielsweise auf Vorsprungnasen 66 des
Deckel-Gehäuses 27 des Deckels 19 aufgesteckt.
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Der
mechanische Aufbau eines Deckels 19b eines Aktors 10b mit
den bereits erläuterten Antennenleitern 40b und 40c gleicht
dem Deckel 19.
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Bei
einem Deckel 19c eines Aktors 10c ist erfindungsgemäß eine
Steckmontagetechnik, die durch die kontaktlose Kopplung zwischen
Hochfrequenzelektronik und Teilring-Antennenleiter möglich ist,
mit Vorteil angewendet. Der Deckel 19c kann an Stelle des
Deckels 19 beispielsweise mit Schrauben 67 an
dem Mittelteil 21 befestigt werden. Die Schrauben durchdringen
Bohrungen 68 des Deckelgehäuses 27c des
Deckels 19c. Die Bohrungen 68 verlaufen parallel
zur Bewegungsrichtung des Aktorglieds 10 in seitlichen
Eckbereichen angeordneten Vorsprüngen 69. Dadurch
ist eine mechanisch belastbare Verbindung des Deckels 19c mit
dem Mittelteil 21 gewährleistet.
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Vor
dieser Montage werden jedoch die Komponenten einer Positionsmessvorrichtung 30c,
die im Wesentlichen der Positionsmessvorrichtung 30 gleicht,
in den Deckel 19c eingebaut oder an diesen angebaut:
Ein
Trägerteil 70 ist in einer Ausnehmung 71 an
einer Stirnseite 72 des Deckelgehäuses 27c aufgenommen.
Das Trägerteil hat eine L-förmige Gestalt. Ein
in der Zeichnung senkrecht dargestellter Schenkel 73 hat
Durchtrittsöffnungen 74, 75 für
die Speiseleitung 61 sowie für nicht dargestellte
Montagebolzen zur Befestigung des Trägerteils 70 in
der Ausnehmung 71. Das Trägerteil 70,
zumindest eine elektrisch leitende Fläche 76,
beispielsweise eine Massefläche, ist mit dem Potential
der Innenwand 25 und somit des Mantels der Speiseleitung 61 verbunden.
Die elektrisch leitende Fläche 76 ist an der Ober seite
eines Schenkels 77 des Trägerteils 70 angeordnet.
Auf der Fläche 76 ist ein Dielektrikum, nämlich
ein Isolationsteil 78 angeordnet. Es wäre denkbar,
den Schenkel 77 beispielsweise mit Kunststoff an seiner
Oberseite zu beschichten, um so eine isolierende Schicht zu schaffen.
Das Isolationsteil 78 ist jedoch ein Kunststoffteil, das
bei der Montage auf den Schenkel 77 aufgesetzt, insbesondere
aufgeklebt wird.
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Der
Mittelleiter 79 der Koaxial-Speiseleitung 61 durchgreift
die Durchtrittsöffnung 74 und steht bis zu dem
Isolationsteil 78 vor, so dass der Mittelleiter 79 mit
einem Kopplungsleiterelement 80, das den Kopplungsleiter 62 bereitstellt,
verbunden werden kann, beispielsweise durch eine Lötverbindung.
Der Mittelleiter 79 greift beispielsweise in eine Ausnehmung 81 an
einem freien Ende eines oberen Schenkels 82 des Kopplungsleiterelements 80 ein,
das L-förmig ist. Länge und Breite des Kopplungsleiterelements 80 sind
auf einen gewünschten Wellenwiderstand des Kopplungsleiterelementes 80 optimiert,
so dass durch Variation von Länge und Breite des Kopplungsleiterelementes 80 dessen
Wellenwiderstand an die jeweiligen Verhältnisse anpassbar
sind.
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Der
Schenkel 82 ist durch das Isolationsteil 78 von
der elektrisch leitenden Fläche 76 isoliert. Das Eingangsende 63 des
Kopplungsleiters 62 ist somit beispielsweise vom Massepo tential
des Hohlleiters 26 isoliert. Ein Schenkel 83,
dessen freies Ende das Ausgangsende 64 des Kopplungsleiters 62 bildet,
ist jedoch mit der elektrisch leitenden Fläche 76,
beispielsweise dem Massepotential, verbunden.
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Das
Kopplungsleiterelement 80 ist in eine Ausnehmung 84 des
Isolationsteils 78 eingesetzt. Die Ausnehmung 84 bildet
sozusagen ein Negativ für den Schenkel 73 des
Kopplungsleiterelement 80, so dass dieser vorteilhafterweise
nicht oder nur unwesentlich über eine Oberseite 85 und
eine Stirnseite 85a des Isolationsteils 78 vorsteht.
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Der
obere Bereich der Ausnehmung 71 ist durch ein Einsatzstück 86 verschlossen,
das den Endanschlag 17 für den Kolben 13 bereitstellt.
Ein Ringvorsprung 87 steht in eine Ausnehmung 88 am
Deckel-Gehäuse 27 vor. Die Ausnehmung 88 ist
eine Dämpfer- oder Bremskammer der Bremsanordnung 44.
Am Außenumfang des Ringvorsprungs 87 ist zweckmäßigerweise
eine Dichtung vorgesehen. Das Einsatzstück 86,
beispielsweise ein Kunststoffeinsatzteil, wird beispielsweise mit
Schrauben 89 am Deckelgehäuse 27c befestigt,
die durch Bohrungen 99 durchgesteckt sind, die parallel
zu den Bohrungen 68 verlaufen.
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Das
Einsatzstück 86 bildet einen Anschlagkörper
für das Aktorglied 11.
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Der
Schenkel 73 ist in der Ausnehmung 71 aufgenommen.
Der Schenkel 77 sowie die darauf angeordneten Komponenten 78 und 80 stehen
vor die Stirnseite 72 vor, so dass der Kopplungsabschnitt 58 und
der Schenkel 82 mit dem Kopplungsleiter 62 übereinander
angeordnet sind. Der Schenkel 77 steht bis unter eine untere
Flachseite 98 des Einsatzstückes 86 vor.
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Ein
Antennenelement 91 ist im Bereich einer Ausnehmung 92 des
Einsatzstückes 86 angeordnet. Das Antennenelement 91 ist
vorteilhaft ein Stanz-Biegeteil. Ein Teilring-Antennenleiter 40c verläuft
in einer Teilringnut 93 an der Ausnehmung 92, während
Leitungsabschnitte 57, 58 des Antennenelements 91 in
einer L-förmigen Längsnut 94 an der Ausnehmung 92 verlaufen.
Der untere Schenkel der Längsnut 94 verläuft
parallel zu der Fläche 76 sowie dem Schenkel 82 des
Kopplungsleiterelementes 80.
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Die
Ausnehmung 92 bildet vorzugsweise einen Eindringraum 42 für
ein Aktorglied oder einen daran angeordneten Vorsprung.
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Die
Ausnehmung 92 kann mit einem Dichtkörper oder
einer Dichtbeschichtung ausgekleidet sein.
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Anstelle
des Kopplungsleiterelements 80 oder des Antennenelements 91 könnten
das Isolationsteil 78 oder das Einsatzstück 86 zur
Bildung elektrischer Leiter vorteilhaft auch elekt risch leitfähig
beschichtet sein, z. B. im Bereich der Ausnehmungen 84 und 93.
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Das
Antennenelement 91 wird zweckmäßigerweise
durch Schutzmittel geschützt, beispielsweise durch einen
in der Zeichnung nicht dargestellten Schutzkörper oder
Schutzvorsatz, eine Beschichtung, eine vorgelagerte Dichtung oder
dergleichen. Beispielsweise ist ein Schutzkörper auf eine
Ringnut 95 am Außenumfang des Einsatzstückes 86 aufrastbar.
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Vor
die Stirnseite 72 des Deckelgehäuses 27c steht
ein Stützvorsatz 96 vor, an dem eine obere Flachseite 97 des
Einsatzstückes 68 im montierten Zustand anliegt,
so dass das Einsatzstück 86 mechanisch gestützt
ist.
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Die
Erfindung ist nicht nur bei Hohlleitern mit kreisrundem Querschnitt,
sondern auch bei anderen Innenquerschnitten von Hohlleitern anwendbar,
so z. B. bei einem Aktor 10d gemäß 6,
dessen Gehäuse 12d einen rechteckigen, beim Ausführungsbeispiels
quadratischen Innenquerschnitt aufweist. Von dem Gehäuse 12d ist
lediglich ein Deckel 19d in der Art der bereits erläuterten
Deckel 19, 19b dargestellt. Ein Deckelgehäuse 27d des
Deckels 19d ist wie das nicht dargestellte Mitteilteil
des Gehäuses 12d elektrisch leitfähig.
In dem De ckelgehäuse 27d ist ein dielektrischer
Einsatzkörper 65d angeordnet, der eine Antenne 33d hält.
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Die
Antenne 33d hat einen Teilring-Antennenleiter 40d,
dessen Verlauf mit der Innenkontur des Freiraums 41d korreliert.
Der Teilring-Antennenleiter 40d verläuft parallel
zu der Innenkontur des Freiraums 41d und ist somit polygonal.
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Der
Antennenleiter 40d ist im Unterschied zu den vorgenannten
Ausführungsbeispielen unmittelbar elektrisch leitend mit
der Hochfrequenzeinrichtung 36 verbunden, beispielsweise über
einen Antennen-Anschlussleiter 51d. Der Anschlussleiter 51d ist zweckmäßigerweise
mittig (eine asymmetrische Anschlussmethode wäre denkbar)
zwischen Armen 52d an den Antennenleiter 40d angeschlossen.
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Es
versteht sich, dass die Erfindung auch bei elektrischen Antrieben
oder kombinierten fluidtechnischen/elektrischen Antrieben anwendbar
ist. So könnte beispielsweise im Aktorglied 11 ein
Magnet 100 angeordnet sein, der durch eine Erregerspulenanordnung 101 antreibbar
ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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