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Die
Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung, mit einem an einem Montageort
an einer Funktionseinrichtung montierbaren Sensor, der erste Sensormittel
für die gewünschte Abfrage eine physikalischen
Größe aufweist.
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Derartige
Sensoren sind seit langem bekannt und werden in den unterschiedlichsten
Bereichen eingesetzt, beispielsweise bei der Position- bzw. Abstandsmessung,
Temperaturmessung, Druck- oder Durchflussmessung. Aus der
DE 202 11 518 U1 ist
beispielsweise eine derartige Sensoreinrichtung bekannt, wobei hier
ein als Hall-Sensor ausgebildeter Positionssensor an einem Gehäuse
eines pneumatischen oder hydraulischen Linearantriebes montierbar
ist. Der Positionssensor wird hierzu in eine an der Außenfläche
des Gehäuses eingebrachte Befestigungsnut eingeführt
und mittels Befestigungsmitteln an der gewünschten Position
klemmend fixiert. Ist der Positionssensor an der gewünschten
Stelle, also in der Betriebsposition, befestigt, so wird er in Betrieb
genommen und erfasst nunmehr die Lage des Gegenstücks,
beispielsweise die Lage eines in einem als fiuidischer Arbeitszylinder ausgebildeten
Linearantriebs hin und her bewegten Kolbens.
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Bei
bekannten Sensoreinrichtungen tritt jedoch das Problem auf, dass
der Sensor nur die Lage des Gegenstücks erfasst, nicht
jedoch die eigene Lage. Diese Situation ist unbefriedigend, eine Überwachung
der korrekten Betriebsposition eines einmal montierten Sensors erfolgt
nicht mehr. Eine korrekte Montage wird ebenfalls nicht überwacht.
Durch nicht korrekt montierte bzw. nicht in die exakte bzw. korrekte
Betriebsposition positionierte Sensoren können sich Fehler
bei den durch diese Sensoren durchgeführten Messungen ergeben.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Sensoreinrichtung der eingangs erwähnten
Art zu schaffen, die gegenüber herkömmlichen Sensoreinrichtungen zuverlässiger
und weniger fehleranfällig arbeitet.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Sensoreinrichtung mit den Merkmalen des
unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.
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Die
erfindungsgemäße Sensoreinrichtung zeichnet sich
dadurch aus, dass eine dem Sensor zugeordnete Freigabeeinrichtung
vorgesehen ist, die zweite Sensormittel aufweist, die bei de ren
Aktivierung durch am Montageort vorhandene Auslösemittel die
ersten Sensormittel betriebsbereit schalten.
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Bevor
der Sensor betriebsbereit ist, muss dieser also korrekt montiert
und in die exakte Betriebsposition gebracht worden sein, so dass
die Auslösemittel die zweiten Sensormittel aktivieren,
die wiederum die Funktion der ersten Sensormittel freigeben. Bei
nicht korrekter Montage bzw. nicht exakter Betriebsposition erfolgt
keine Freigabe, so dass der Sensor nicht betriebsbereit ist. Der
Sensor kann seine korrekte Lage bzw. Montage an der Funktionseinrichtung
also mit auswerten. Es findet eine Eigenüberwachung statt.
Dadurch, dass diese Fehlererkennung Bestandteil der Sensorfunktion
ist, ergeben sich höhere Zuverlässigkeiten beim
Einsatz insbesondere für Personenschutzfunktionen, Vereinfachung
in der Montage- bzw. Befestigungstechnik und bei der Instandhaltung.
Die Befestigung inklusive deren Ausführung ist nicht mehr
bestimmend für das erreichte Niveau an Zuverlässigkeit
bzw. Sicherheit der gesamten Sensoreinrichtung.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung weist die Freigabeeinrichtung
eine zwischen den zweiten und den ersten Sensormitteln eingeschaltete
Logikeinrichtung zum Verarbeiten von von den zweiten Sensormitteln
stammenden Freigabesignalen und Übermittlung an die ersten
Sensormittel auf. Durch die Logik einrichtung findet also eine indirekte
Signalübertragung von den zweiten Sensormitteln auf die ersten
Sensormittel statt. Prinzipiell wäre es denkbar, dass die
Logikeinrichtung eine Datenverarbeitungsfunktion besitzt, wodurch
die von den zweiten Sensormitteln übertragenen elektrischen
Signale verarbeitet und zu den ersten Sensormitteln übermittelt werden.
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Alternativ
wäre es jedoch auch denkbar, eine direkte Freischaltung
der ersten Sensormittel ohne zwischengeschaltete Logikeinrichtung
zu ermöglichen. Beispielsweise derart, dass die zweiten
Sensormittel ein Stellglied aufweisen, das gemeinsam mit den ersten
Sensormitteln in einen Stromkreis eingeschaltet ist und in der korrekten
Betriebsposition des Sensors durch die am Montageort vorhandenen Auslösemittel
betätigt wird, wodurch der Stromkreis geschlossen wird,
so dass die ersten Sensormittel betriebsbereit sind.
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Besonders
zweckmäßig ist es, die Freigabeeinrichtung in
den Sensor zu integrieren. Dadurch kann die Freigabe bzw. Freischaltung
der ersten Sensormittel also komplett sensorintern erfolgen. Alternativ
ist es möglich, die Freigabeeinrichtung in einer externen
Freigabeeinheit unterzubringen, die am Sensor montiert ist.
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In
besonders bevorzugter Weise sind den Auslösemitteln Referenzmittel
zur mechanischen Vorgabe der Betriebsposition des Sensors zugeordnet.
Dadurch ist es möglich, bei der Befestigung den Sensor
bereits in eine nahezu korrekte Betriebsposition zu bringen. Durch
die Auslösemittel wird dann entweder bestätigt,
dass es sich um die exakte Betriebsposition handelt oder es ist
eine Nachjustierung notwendig. Solche Referenzmittel können
beispielsweise die Halterung des Sensors selber sein. Prinzipiell
ist es jedoch auch möglich, auf solche "mechanischen" Referenzmittel
zu verzichten, wobei dann jedoch am Sensor eine Anzeige vorhanden
sein müsste, mit der sich feststellen lässt, dass
die Auslösemittel die zweiten Sensormittel aktiviert haben
und somit die exakte Betriebsposition erreicht ist.
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Die
Referenzmittel können eine dem Sensor zugewandte, an eifern,
an einer für die Sensoreinrichtung bestimmten Funktionseinrichtung
angebrachten oder anbringbaren Referenzteil ausgebildete Referenzfläche
aufweisen mittels der eine korrekte Positionierung des Sensors in
die Betriebsposition möglich ist. Das Referenzteil kann
integral mit der Funktionseinrichtung verbunden sein.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung ist eine mit den zweiten Sensormitteln
gekoppelte optische oder akustische Signal einrichtung vorgesehen über die
visuell oder akustisch feststellbar ist, ob der Sensor betriebsbereit
ist oder nicht. Es kann also sowohl eine Signalübertragung
an die ersten Sensormittel zum Zwecke der Freigabe stattfinden als
auch parallel hierzu eine Signalübertragung an die Signaleinrichtung,
wodurch in einfacher Weise feststellbar ist, ob der Sensor betriebsbereit
ist oder nicht. Ansonsten müsste möglicherweise
zunächst die Messung gestartet werden, um festzustellen,
dass sich keine Messwerte ermitteln lassen, da der Sensor noch nicht
betriebsbereit freigeschaltet wurde.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung werden die zweiten Sensormittel
von approximitiven Sensormitteln gebildet. Beispielsweise kann es
sich bei den approximitiven Sensormitteln um einen Näherungsschalter
handeln, der mit Auslösemitteln zusammenwirkt, die einen
auf den Näherungsschalter einwirkenden Magneten aufweisen.
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Es
sind jedoch auch andere Arten an zweiten Sensormitteln einsetzbar,
beispielsweise ein Drucksensor, mit dem sich ein zwischen dem Sensor
und den Referenzmitteln bei der Montage aufgebrachter Anpressdruck
ermitteln lässt. Eine Freigabe der ersten Sensormittel
könnte dann erst nach Überschreitung eines bestimmten
Mindest-Anpressdrucks erfolgen.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der
Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert.
Die einzige Zeichnungsfigur zeigt:
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung befestigt
an einer als fluidischer Arbeitszylinder ausgebildeten Positionseinrichtung,
wobei von dem fluidischen Arbeitszylinder nur Teile des Gehäuses
und des Kolbens im Längsschnitt dargestellt sind.
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Die
einzige Zeichnungsfigur zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung 11.
Die Sensoreinrichtung 11 ist für eine Funktionseinrichtung
bestimmt, die hier beispielhaft in Form eines fluidbetätigten
Arbeitszylinders 12 dargestellt ist. Es ist selbstverständlich,
dass die Sensoreinrichtung 11 auch in Zusammenhang mit ganz
anderen Funktionseinrichtungen verwendet werden kann, beispielsweise
an einer Tür, deren Schließzustand erfasst werden
soll, in einem beispielsweise labortechnischen Gerät für
die Temperatur oder Durchflussmessung usw..
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Im
Folgenden jedoch, soll die Sensoreinrichtung beim Einsatz an einem
fluidischen bzw. fluidbetätigten Arbeitszylinder 12 näher
erläutert werden.
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Der
Arbeitszylinder besitzt ein Zylindergehäuse 13,
in dem ein fluidbeaufschlagbarer Kolben 14 beweglich geführt
ist. Der Kolben 14 unterteilt den Innenraum des Zylindergehäuses
in zwei Kolbenkammern 15, 16, die im Falle eines
hier eingesetzten doppeltwirkenden Arbeitszylinders 12 wahlweise
mit Fluid, insbesondere Druckluft beaufschlagbar sind. Beim der
Beaufschlagung der einen Kolbenkammer 15, 16 wird
die jeweils andere Kolbenkammer entlüftet. Dadurch ist
eine Bewegung des Kolbens 14 wahlweise in die eine oder
andere Richtung möglich.
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Die
Sensoreinrichtung 11 dient zur Positionserfassung des Kolbens 14,
so dass sie auch als Position-Sensoreinrichtung bezeichnet werden
könnte. Die Sensoreinrichtung 11 besitzt einen
Sensor 17, der an die Außenwandung des Zylindergehäuses 13 montierbar
ist. Der Sensor 17 besitzt erste Sensormittel 18,
die zur Erfassung der Lage des Kolbens 14 dienen. Die ersten
Sensormittel sind hier beispielhaft in Form eines Näherungsschalters,
insbesondere Reed-Schalters, dargestellt. Dieser besteht aus zwei federnden
ferromagnetischen Kontaktzungen 19, 20, die in
einem hermetisch verschlossenen Glaskolben untergebracht sind. Das
Röhrchen ist mit einem reaktionsträgen Gas gefüllt.
Bewegt man nun einem am Kolben 14 sitzenden Magneten 21 an
diesem sogenannten "Schaltrohr" vorbei, berühren sich die
Kontaktzungen und schließen den Stromkreis, wodurch die
Anwesenheit des Kolbens 14 detektierbar ist.
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Der
Sensor 17 besitzt ferner eine sensorinterne Freigabeeinrichtung 22,
die zweite Sensormittel 23 aufweist, die bei deren Aktivierung
durch am Montageort vorhandene Auslösemittel 24 die
ersten Sensormittel 18 betriebsbereit schalten. Die zweiten Sensormittel
sind hier ebenfalls beispielhaft in Form eines Näherungsschalters,
insbesondere Reed-Schalters, dargestellt. Dieser besitzt wiederum zwei
ferromagnetische Kontaktzungen 25, 26. Die Auslösemittel 24 besitzen
einen Magneten 27, der auf die beiden Kontaktzungen 25, 26 einwirkt.
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Die
Auslösemittel sitzen an Referenzmitteln, die hier beispielhaft
in Form eines ebenfalls an der Außenwandung des Zylindergehäuses 13 angebrachten
Referenzteils 28 dargestellt sind. Das Referenzteil 28 könnte
auch als Befestigungsbausatz bezeichnet werden. In einer nicht dargestellten
Alternative könnte das Referenzteil 28 auch integraler
Bestandteil des Zylindergehäuses sein, beispielsweise in
Form einer an das Zylindergehäuse angeschweißten
Lasche.
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Das
Referenzteil 28 beisitzt eine einer Montagefläche 29 am
Sensor 17 zugewandte Referenzfläche 30.
Durch gegenseitige Anlage von Montagefläche und Referenzfläche 30 kann
die Betriebsposition des Sensors mechanisch vorgegeben werden.
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Zwischen
den zweiten Sensormitteln 23 und den ersten Sensormitteln 18 ist
ferner eine Logikeinrichtung 31 eingeschaltet, die von
den zweiten Sensormitteln 23 stammende Freigabesignale
an die ersten Sensormittel 18 übermittelt. Prinzipiell
könnte die Logikeinrichtung 31 auch weggelassen
werden, nämlich für den Fall, dass zwei als Reed-Schalter ausgebildete
erste und zweite Sensormittel vorgesehen sind, die im gleichen Stromkreis
angeordnet sind. Durch Schließen der Kontaktzungen 25, 26 der zweiten
Sensormittel 23 in Folge des Magnetfeldes 27 kann
dann der Stromkreis geschlossen und der Reed-Schalter der ersten
Sensormittel 18 betriebsbereit geschaltet werden.
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Bei
einer Variante des bevorzugten Ausführungsbeispiels ist
eine über die Logikeinrichtung 31 mit den zweiten
Sensormitteln 23 gekoppelte optische Signaleinrichtung 32 (in
gestrichelten Linien dargestellt) vorgesehen, über die
visuell feststellbar ist, ob die ersten Sensormittel 18 betriebsbereit
sind oder nicht. Beispielsweise ist es möglich, eine LED vorzusehen,
die bei Betriebsbereitschaft der ersten Sensormittel 18 aufleuchtet.
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Bei
der Befestigung wird der Sensor 17 zunächst an
die Außenwandung des Zylindergehäuses 13 angesetzt.
Durch Kontakt von Montagefläche 29 und Referenzfläche 30 ist
gewährleistet, dass die Betriebsposition im Wesentlichen
erreicht ist. Eine Bestätigung hierüber erfolgt
dadurch, dass der Magnet 27 der Auslösemittel 24 auf
die beiden Kontaktzungen 25, 26 der zweiten Sensormittel 23 einwirkt,
wodurch diese in Anlage zueinander gebracht werden. Dadurch wird
ein Freigabesignal generiert, das an die Logikeinrichtung 31 übermittelt
wird. Die Logikeinrichtung 31 wiederum übermittelt
dieses Freigabesignal an die ersten Sensormittel 18, die
dadurch betriebsbereit geschaltet werden. Gleichzeitig kann auch
ein Signal an die Signaleinrichtung 32 weitergegeben werden,
wodurch unmittelbar, beispielsweise durch Aufleuchten einer LED,
feststellbar ist, dass der Sensor 17 insgesamt betriebsbereit
ist.
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Bei
einer nicht dargestellten Alternative ist es möglich, dass
die zweiten Sensormittel 23 nach Art eines Drucksensors
arbeiten, wobei dann ein Druckaufnehmer direkt an der Montagefläche 29 sitzt
wodurch beim Befestigen des Sensors 17 eine Verpressung
zwischen dem Druckaufnehmer und der Referenzfläche 30 am
Referenzteil 28 stattfindet. Dieses druckabhängige
Signal könnte dann als Freigabesignal genutzt werden, beispielsweise
in der Art, dass ein Mindest-Anpressdruck überschritten
werden muss, bevor ein Freigabesignal an die ersten Sensormittel 18 weitergeleitet
wird. Lässt die Verpressung im Laufe der Betriebsdauer
des Sensors, beispielsweise durch Lockerung der Befestigungsmittel
nach, wird wieder auf Unterbrechung geschaltet.
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Insgesamt
zeichnet sich die Sensoreinrichtung 11 dadurch aus, dass
neben der Lage des Kolbens 14 auch die eigene Betriebsposition
erfasst werden kann. Dadurch ist gewährleistet, das der Sensor 17 immer
in seiner korrekten Betriebsposition sitzt, wodurch Messfehler vermieden
werden. Ferner ist eine ständige Überwachung der
Güte der Befestigung des Sensors 17 gegeben, da
bei einer schlechten bzw. sich verschlechternden Befestigung, beispielsweise
wenn der Sensor 17 verrutscht, ebenfalls ein Signal ausgegeben
wird, der den Sensor wieder auf Unterbrechung schaltet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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