DE102007032421B4 - Positionsmesseinrichtung - Google Patents

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Abstract

Positionsmesseinrichtung, insbesondere für Antriebseinheiten (1),
– mit wenigstens einem drucksensitiven Positionssensor (7),
– mit wenigstens einer Betätigungseinheit (8) zum Betätigen des Positionssensors (7),
dadurch gekennzeichnet,
dass die Betätigungseinheit (8) zumindest eine Düse (10) zur Erzeugung eines Druckgasstroms (18) aufweist, mit dem der Positionssensor (7) betätigbar ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Positionsmesseinrichtung, insbesondere für Antriebseinheiten, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine mit einer derartigen Positionsmesseinrichtung ausgestattete Antriebseinheit sowie eine Verwendung.
  • Bei einer Vielzahl von Anwendungen ist es erforderlich, eine Relativlage zwischen zwei Körpern zu erfassen, die relativ zueinander verstellbar sind. Beispielsweise kommen bei Fertigungsanlagen Zuführeinrichtungen, Halteeinrichtungen, Stelleinrichtungen und dgl. zur Anwendung, die mit Hilfe entsprechender Antriebseinheiten relativ zu feststehenden Körpern verstellbar sind. Um die aktuelle Position dieser Antriebseinheiten ermitteln zu können, kommen Positionsmesseinrichtungen zum Einsatz.
  • Positionsmesseinrichtungen können beispielsweise mittels drucksensitiver Positionssensoren arbeiten, die mit Hilfe entsprechender Betätigungseinheiten betätigt werden. Derartige Positionssensoren können beispielsweise als Folienpo tentiometer ausgestaltet sein, bei denen durch Ausübung eines Drucks auf eine der Folien diese elastisch nachgibt und den Kollektor mit der Widerstandsbahn des Potentiometers an einer bestimmten Stelle verbindet. Das daraus resultierende Spannungssignal korreliert dann mit der Position der Druckstelle, was zur Positionsbestimmung verwendet werden kann. Zur Betätigung des Positionssensors kann die Betätigungseinheit beispielsweise mit einem Stift oder mit einer Kugel oder mit einem anderen Druckkörper arbeiten, der mit dem für die Betätigung erforderlichen Druck am Positionssensor vorgespannt anliegt. Diese Betätigungseinheit ist im Anwendungsfall beispielsweise mit einer Antriebseinheit gekoppelt, so dass eine Verstellbewegung der Antriebseinheit zu einer entsprechenden Verstellbewegung der Betätigungseinheit entlang des Positionssensors führt. Dabei gleitet der jeweilige Druckkörper am Positionssensor entlang. Hierbei ist eine Reibung unvermeidbar, die auf Dauer zu einer Beschädigung des Positionssensors führen kann, insbesondere dann, wenn es sich dabei um einen preiswert herstellbaren Foliensensor handelt.
  • Aus der EP 0 284 787 A2 ist eine Positionsmesseinrichtung bekannt, die einen drucksensitiven Positionssensor sowie eine Betätigungseinheit zum Betätigen des Positionssensors aufweist. Bei der bekannten Positionsmesseinrichtung ist die Betätigungseinheit als Andruckring ausgestaltet, der am Positionssensor andrückt, um diesen zu betätigen.
  • Aus der EP 0 559 634 A1 ist eine Linearantriebseinheit bekannt, die mit einer Positionsmesseinrichtung ausgestattet ist. Die Positionsmesseinrichtung arbeitet dabei mit einem drucksensitiven Positionssensor und einer Betätigungseinheit zum Betätigen des Positionssensors. Die Betätigungseinheit der bekannten Linearantriebseinheit weist eine Druckkugel zur Betätigung des Positionssensors auf, die über ein Übertragungselement mit einer Kolbenstange der als Kolben-Zylinder-Aggregat ausgestalteten Linearantriebseinheit verbunden ist. Der Positionssensor ist dagegen mit einem Zylinder der Linearantriebeseinheit verbunden.
  • Aus der US 5,008,497 ist eine weitere Positionsmesseinrichtung bekannt, die mit einem drucksensitiven Positionssensor ausgestattet ist. Dabei kann der Positionssensor durch einen Anwender mit einem Finger betätigt werden.
  • Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Positionsmesseinrichtung eine Möglichkeit anzugeben, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass sich für den jeweiligen Positionssensor ein reduzierter Verschleiß ergibt.
  • Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den Positionssensor mit Hilfe eines Druckgasstroms zu betätigen. Die Betätigung mit einer Druckgasströmung erfolgt berührungslos, also ohne direkten körperlichen Kontakt des Positionssensors mit einem Druckkörper oder dgl. Reibung und damit einhergehender Verschleiß lassen sich dadurch extrem reduzieren, wodurch der Positionssensor eine deutlich verlängerte Lebenszeit erhält, auch dann, wenn es sich beim Positionssensor um einen vergleichsweise verschleißempfindlichen Foliensensor handelt.
  • Als Druckgasstrom kann vorzugsweise ein Druckluftstrom verwendet werden. Bei modernen Fertigungsanlagen arbeitet eine Vielzahl von Stellgliedern mit Druckluft, so dass eine Druckluftversorgung regelmäßig vorhanden ist. Dementsprechend ist die Realisierung einer Druckluftbetätigung bei Positionsmesseinrichtungen, die bei derartigen Fertigungsanlagen zur Anwendung kommen, vergleichsweise preiswert.
  • Zur Erzeugung des Druckgasstroms weist die Betätigungseinheit eine Düse auf. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Düse außerdem zur Erzeugung eines den Druckgasstrom umhüllenden Unterdruckbereichs ausgestaltet sein. In Verbindung mit dem Unterdruckbereich ergibt sich für den Druckgasstrom eine Strahlkonzentration, die dazu genutzt werden kann, die Auflösung beim Betätigen des Positionssensors zu verbessern.
  • Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform können einer durch einen oder mehrere Positionssensoren gebildeten Messstrecke mindestens zwei Betätigungseinheiten zugeordnet sein. Durch diese Bauweise können verschiedene Betätigungseinheiten über ihre jeweilige Düse mit dem oder den Positionssensoren der gleichen Messstrecke zusammenwirken, um die Position der jeweiligen Betätigungseinheit zu ermitteln. Dabei lassen sich die Betätigungseinheiten grundsätzlich unabhängig voneinander aktivieren, so dass beispielsweise nur die jeweils aktive Betätigungseinheit den Druckgasstrom zur Betätigung des jeweiligen Positionssensors erzeugt. Durch eine entsprechende Steuerungslogik kann dann die aktuelle Positionsmessung der richtigen Betätigungseinheit zugeordnet werden. Diese Bauweise ermöglicht somit die Nutzung der gleichen Messstrecke bzw. der gleichen Positionssensoren für verschiedene Betätigungseinheiten, die beispielsweise bei einer entsprechenden Anwendung quasi unabhängig voneinander entlang der Messstrecke verstellbar sind.
  • Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
  • Es zeigen, jeweils schematisch,
  • 1 eine perspektivische Ansicht einer Antriebseinheit mit einer Positionsmesseinrichtung,
  • 2 einen Querschnitt eines Positionssensors im unbetätigten Zustand,
  • 3 ein Querschnitt wie in 2, jedoch beim Betätigen des Positionssensors mit einer Düse,
  • 4 ein Querschnitt wie in 3, jedoch bei einer anderen Ausführungsform der Düse,
  • 5 und 6 Querschnitte wie in den 3 und 4, jedoch bei weiteren Ausführungsformen,
  • 7 ein stark vereinfachter Schaltplan kaskadierter Positionssensoren.
  • Entsprechend 1 kann eine Antriebseinheit 1 zumindest eine mobile Einheit 2 und eine stationäre Einheit 3 aufweisen, wobei die mobile Einheit 2 relativ zur stationären Einheit 3 verstellbar ist. Im Beispiel ist die Antriebseinheit 1 als Linearantriebseinheit ausgestaltet, die rein exemplarisch zwei mobile Einheiten 2 aufweist. Bei den mobilen Ein heiten 2 handelt es sich jeweils beispielsweise um einen Schlitten. Bei der stationären Einheit 3 kann es sich insbesondere um eine Schiene handeln. Die Schlitten 2 sind auf bzw. an der Schiene 3 verstellbar. Die Schiene 3 kann sich – wie hier – geradlinig erstrecken. Ebenso ist eine gekrümmte oder eine gebogene Längserstreckung für die Schiene 3 denkbar. Dabei sind die Schlitten 2 bzw. die mobilen Einheiten 2 bezüglich der Schiene 3 bzw. bezüglich der stationären Einheit 3 entlang einer Messstrecke 4 verstellbar, die hier durch einen Doppelpfeil angedeutet ist. Bei der gezeigten bevorzugten Ausführungsform der Linearantriebseinheit 1 sind die beiden Schlitten 2 auf der gleichen Schiene 3 entlang einer gemeinsamen Messstrecke 4 verstellbar.
  • Um die Relativlage der mobilen Einheiten 2 bzw. der Schlitten 2 relativ zur stationären Einheit 3 bzw. relativ zur Schiene 3 bzw. relativ zu einer bezüglich der stationären Einheit 3 ortsfesten Umgebung 5 ermitteln zu können, ist eine Positionsmesseinrichtung 6 vorgesehen. Diese umfasst zumindest einen drucksensitiven Positionssensor 7 sowie zumindest eine Betätigungseinheit 8. Die Positionssensoren 7 generieren auf Druck ein mit dem Ort der Druckstelle korreliertes Signal. Im Beispiel sind mehrere Positionssensoren 7 vorhanden, die als Sensorkaskade 9 angeordnet sind.
  • Im Beispiel sind zwei Betätigungseinheiten 8 vorgesehen, die jeweils zum Betätigen des jeweiligen Positionssensors 7 dienen. Die Betätigungseinheiten 8 sind jeweils fest mit einer der mobilen Einheiten 2 verbunden. Im Unterschied dazu sind die Positionssensoren 7 relativ zur stationären Einheit 3 bzw. zur Umgebung 5 ortsfest angeordnet. Eine Relativverstellung zwischen Schlitten 2 und Schiene 3 führt somit zu einer entsprechenden Relativverstellung der jeweiligen Betätigungseinheit 8 relativ zu den Positionssensoren 7 entlang der Messstrecke 4. Dementsprechend ist die Messstrecke 4 hier durch die Anordnung der Positionssensoren 7 gebildet bzw. abgebildet.
  • Die jeweilige Betätigungseinheit 8 weist zumindest eine Düse 10 auf, die so ausgestaltet ist, dass damit ein Druckgasstrom erzeugt werden kann, mit dem der jeweilige Positionssensor 7 betätigt werden kann. Im gezeigten Beispiel weist jede Betätigungseinheit 8 zwei derartige Düsen 10 auf. Die Düsen 10 können über entsprechende Anschlüsse 11 zumindest an eine Druckgasquelle anschließbar sein. Als Druckgas eignet sich beispielsweise Druckluft. Bei einer Vielzahl von Fertigungsanlagen, bei denen Antriebseinheiten 1 der hier gezeigten Art Anwendung finden, sind Druckluftsysteme vorhanden, die ohne weiteres zur Bereitstellung des Druckgases für die Positionsmesseinrichtung 6 verwendbar sind. Somit lässt sich die Positionsmesseinrichtung 6 mit vergleichsweise geringem Aufwand in derartige Fertigungsanlagen integrieren.
  • Beim jeweiligen Positionssensor 7 handelt es sich im gezeigten Beispiel jeweils um einen linearen Weggeber. Dieser kann bevorzugt als Potentiometer ausgestaltet sein. Grundsätzlich sind auch Drehwinkelgeber möglich, die ebenfalls als Poten tiometer ausgestaltet sein können. Besonders vorteilhaft ist die Ausgestaltung des Positionssensors 7 als Foliensensor. Derartige Foliensensoren lassen sich vergleichsweise preiswert herstellen.
  • Entsprechend den 2 bis 6 besteht ein als Foliensensor ausgestalteter Positionssensor 7 beispielsweise aus einer Kollektorfolie 12 und aus einer Widerstandsfolie 13, wobei zwischen den beiden Folien 12, 13 ein Distanzelement 14 angeordnet sein kann, das z. B. ebenfalls aus einer Folie hergestellt sein kann. Die Kollektorfolie 12 trägt an ihrer der Widerstandsfolie 13 zugewandten Seite eine Kollektorbahn 15, die beispielsweise auf die Kollektorfolie 12 aufgedruckt sein kann. Die Widerstandsfolie 13 trägt an ihrer der Kollektorfolie 12 zugewandten Seite eine Widerstandsbahn 16, die insbesondere auf die Widerstandsfolie 13 aufgedruckt sein kann. Als Druckverfahren eignet sich hier Dickschichttechnologie, insbesondere Siebdruckverfahren. Die Widerstandsbahn 16 bzw. die Kollektorbahn 15 kann beispielsweise mittels einer elektrisch leitenden Leitpaste, z. B. aus einem Polymer hergestellt sein. Das Distanzelement 14 sorgt dafür, dass beim unbetätigten Positionssensor 7 gemäß 2 ein Spalt 17 zwischen der Kollektorbahn 15 und der Widerstandsbahn 16 vorliegt. Wenigstens eine der Folien 12, 13 ist elastisch nachgiebig bzw. flexibel ausgestaltet, so dass durch eine Druckbetätigung der Spalt 17 überwunden werden kann, um die Kollektorbahn 15 an der jeweiligen Druckstelle mit der Widerstandsbahn 16 zu kontaktieren.
  • Entsprechend den 3 bis 6 erfolgt diese Betätigung des Positionssensors 7 mit Hilfe eines Druckgasstroms 18, der mit Hilfe der Düse 10 erzeugt und in Richtung auf den Positionssensor 7 abgestrahlt wird. Durch eine geeignete Auswahl eines Abstands 19 zwischen einer Düsenspitze 20 und der für die Druckbetätigung vorgesehenen Folie 12 kann in Verbindung mit einer geeigneten Druckgasströmung 18, die beispielsweise durch einen durchströmbaren Querschnitt der Düse 10 und eine Strömungsgeschwindigkeit definiert sein kann, eine hinreichend große Druckkraft am Positionssensor 7 generieren, mit der der Positionssensor 7 ordnungsgemäß betätigt werden kann, ohne dass es zu einem körperlichen Kontakt zwischen dem Positionssensor 7 und irgendeinem beliebigen Druckkörper kommt. Die Betätigung des Positionssensors 7 erfolgt somit berührungslos und dadurch im wesentlichen reibungsfrei sowie im wesentlichen verschleißfrei.
  • 3 zeigt die Düse 10 in einer ersten Ausführungsform 10'. In diesem Fall enthält die Düse 10' einen zentral angeordneten Kanal 21, der zweckmäßig durch eine Bohrung gebildet ist. Der mit Hilfe dieser zentralen Bohrung 21 generierbare Druckgasstrahl 18 kann sich vergleichsweise breit kegelförmig auffächern, wodurch eine relativ großflächige Kontaktierung zwischen Kollektorbahn 15 und Widerstandsbahn 16 erfolgt. Die Ortsauflösung der Kontakt- bzw. Druckstelle ist dabei vergleichsweise grob.
  • 4 zeigt die Düse 10 in einer modifizierten oder zweiten Ausführungsform 10'', die so ausgestaltet ist, dass damit zusätzlich zum Druckgasstrom 18 ein den Druckgasstrom 18 umhüllender Unterdruckbereich 22 generiert werden kann. Mit Hilfe dieses Unterdruckbereichs 22 kann der diesbezüglich zentrale Druckgasstrom 18 konzentriert werden, wodurch die Kontaktfläche zwischen Kollektorbahn 15 und Widerstandsbahn 16 insgesamt kleiner wird. Die Ortsauflösung der Kontakt- bzw. Druckstelle kann dadurch verbessert werden.
  • Die modifizierte Düse 10'' kann zur Generierung des Unterdruckbereichs 22 rein exemplarisch die in 4 gezeigte Konfiguration besitzen. Hierzu weist die Düse 10'' in einem Kernbereich 23 zumindest einen mit einer Druckquelle gekoppelten Innenkanal 24 auf, mit dessen Hilfe der Druckgasstrom 18 erzeugt wird. Koaxial zum Kernbereich 23 weist die Düse 10'' einen Ringbereich 25 auf, in dem zumindest ein mit einer Unterdruckquelle bzw. mit einer Drucksenke gekoppelter Außenkanal 26 angeordnet ist. Mit Hilfe des wenigstens einen Außenkanals 26 kann der Unterdruckbereich 22 generiert werden. Hierzu wird durch den wenigstens einen Außenkanal 26 aus dem Unterdruckbereich 22 Gas abgesaugt. Hierdurch werden die langsameren Außenbereiche des Druckgasstrahls 18 daran gehindert, bei der Druckbetätigung des Positionssensors 7 mitzuwirken, wodurch sich eine Konzentration des Druckgasstrahls 18 auf seinen schneller strömenden Kernbereich ergibt.
  • Im gezeigten Beispiel ist der Innenkanal 24 durch eine zentrale Bohrung gebildet, während der Außenkanal 26 durch einen Ringkanal gebildet ist, der die zentrale Bohrung 24 koaxial umschließt.
  • Die 5 und 6 zeigen nun zwei weitere Varianten 10''' und 10'''' für die Düse 10. Während die beiden Ausführungsformen 10' und 10'' der 3 und 4 einen strahlförmigen Druckgasstrom 18 erzeugen, der zu einer punktförmigen Kontaktierung mit einer möglichst kleinen Fläche führt, sind die Düsen 10''' und 10'''' der in den 5 und 6 gezeigten Ausführungsformen so ausgestaltet, dass sie den Druckgasstrom 18 in Form eines tragfähigen Gasfilms 32 erzeugen, bei dem es sich bevorzugt um einen Luftfilm handelt. Über diesen Gasfilm 32 kann sich dann die Düse 10 axial am Positionssensor 7 abstützen. Diese Abstützung erfolgt dabei berührungslos, also ohne körperliche Kontaktierung zwischen der Düse 10 und dem Positionssensor 7. Je nach Ausgestaltung kann hierbei eine vergleichsweise großflächige Kontaktzone geschaffen werden. Um hier dennoch eine relativ genaue Ortsauflösung am Positionssensor 7 realisieren zu können, ist es grundsätzlich möglich, diese Kontaktfläche unabhängig von der jeweiligen Wegposition und unabhängig von der Verstellgeschwindigkeit möglichst konstant zu halten. Die Reproduzierbarkeit eines hoch auflösenden Positionssignals ist dann in erster Linie unabhängig von der Größe der Kontaktfläche, solange sie konstant bleibt.
  • Um die Abhängigkeit von der aktuellen Wegposition sowie von der Verstellgeschwindigkeit für die Kontaktflächengröße zu reduzieren, sind die Düsen 10 der in den 5 und 6 ge zeigten Ausführungsformen in einer axialer Richtung, die parallel zur Betätigungsrichtung und somit senkrecht zur Oberfläche des jeweiligen Positionssensor 7 verläuft, frei verstellbar angeordnet. Dies hat zur Folge, dass sich bei gleichen Strömungsparametern stets ein gleicher Abstand zwischen der Düse 10 und dem Positionssensor 7 einstellt, wodurch die Kontaktfläche konstant bleibt.
  • Bei der in 5 gezeigten Ausführungsform umfasst die Düse 10''' einen Düsenkörper 33, der in einem Düsengehäuse 34 axial frei beweglich gelagert ist. Während das Düsengehäuse 34 ein ortsfester Bestandteil der Betätigungseinheit 8 und somit relativ zur jeweiligen mobilen Einheit 2 ortsfest fixiert ist, kann der Düsenkörper 33 Abstandsänderungen folgen, die aufgrund von Unebenheiten im jeweiligen Positionssensor 7 oder am Untergrund 5 auftreten können. Der Düsenkörper 33 kann zylindrisch ausgestaltet sein. Die axiale Verstellbarkeit im Düsengehäuse 34 kann durch eine Luftlagerung reibungsfrei realisiert sein. Der Düsenkörper 33 weist im gezeigten Beispiel einen Austrittskörper 35 auf, durch den ein diffuser Druckgasstrom 18 zur Erzeugung des Gasfilms 32 austreten kann. Der Gasfilm 32 ist tragfähig und kann durch den diffusen Druckgasstrom 18 vergleichsweise dünn ausgebildet werden. Die resultierende Krafteinwirkung auf den Positionssensor 7 entspricht beispielsweise dem Gewicht des Düsenkörpers 33. Die Krafteinwirkung kann gegebenenfalls durch eine Feder bzw. durch pneumatischen Druck verstärkt oder verringert werden.
  • Bei der in 6 gezeigten Ausführungsform ist der Düsenkörper 33 mit einem Kopplungskörper 36 fest verbunden, der im Düsengehäuse 34 axial beweglich gelagert ist. Auch hier ist eine reibungsfreie Luftlagerung realisierbar. Bei dieser Ausführungsform ist der Düsenkörper 33 so ausgestaltet, dass der damit erzeugte Druckgasstrom 18 einerseits wieder für den Gasfilm 32 sorgt, gleichzeitig aber auch ein Unterdruckgebiet 37 generiert. Dieses Unterdruckgebiet 37 erzeugt seinerseits eine in 6 durch Pfeile angedeutete Saugkraft zwischen der Düse 10'''' und dem Positionssensor 7. Diese Düse 10'''' funktioniert zur Erzeugung des Unterdruckgebiets 37 nach dem Bernoulli-Prinzip. Demnach saugt der Düsenkörper 33 den Positionssensor 7 an, wobei gleichzeitig der Gasfilm 32 eine körperliche Berührung zwischen dem Positionssensor 7 und der Düse 10'''' verhindert. Die Düse 10'''' arbeitet nach Art des hydrodynamischen Paradoxons bzw. nutzt dessen Effekte zur Ausbildung eines sich selbst regulierenden, konstanten Abstands zwischen der Düse 10'''' und dem Positionssensor 7. Bei gleichbleibendem Abstand ist auch die Kontaktfläche konstant, wodurch auch hier bei relativ großer Kontaktfläche eine vergleichsweise hohe Positionsauflösung realisierbar ist.
  • Zurückkommend auf die in 1 gezeigte besondere Ausführungsform kann die Messstrecke 4 größer als ein Messbereich 27 eines einzelnen Positionssensors 7 sein. Dementsprechend ist die Messstrecke 4 hier durch eine Abfolge von mehreren Positionssensoren 7 abgebildet. Die Anordnung oder Abfolge der Positionssensoren 7 erfolgt hier in Form einer Sensor kaskade 9. Hierdurch wird die Messstrecke 4 durch die gewählte Abfolge der Positionssensoren 7 kaskadiert. Im gezeigten Beispiel sind zur Ausbildung der Sensorkaskade 9 entlang der Messstrecke 4 zwei parallele Messwege 28 bzw. 29 vorgesehen. Auf diesen beiden Messwegen 28, 29 sind die Positionssensoren 7 wechselweise hintereinander angeordnet. Hierdurch folgt jedem Positionssensor 7 des einen Messwegs 28, 29 unmittelbar ein Positionssensor 7 auf dem jeweils anderen Messweg 28, 29. In Richtung der Messstrecke 4 können sich die einzelnen Positionssensoren 7 geringfügig überlappen. Die Anordnung erfolgt zumindest so, dass sich die einzelnen Messbereiche 27 unterbrechungsfrei zur Messstrecke 4 aufaddieren lassen.
  • Die beiden Düsen 10 der jeweiligen Betätigungseinheit 8 sind nun so angeordnet, dass sie diesen beiden Messwegen 28, 29 zugeordnet sind. Die eine Düse 10 ist dem einen Messweg 28 zugeordnet und betätigt die auf diesem Messweg 28 angeordneten Positionssensoren. Die andere Düse 10 ist dem anderen Messweg 29 zugeordnet und betätigt die auf diesem Messweg 29 angeordneten Positionssensoren 7.
  • Die einzelnen Positionssensoren 7 können innerhalb der Sensorkaskade 9 in Reihe geschaltet sein, und zwar so, dass sie die gesamte Messstrecke 4 als Einheit abbilden. Alternativ ist es ebenso möglich, die Positionssensoren 7 innerhalb der Sensorkaskade 9 parallel zu schalten, und zwar so, dass sie die Messstrecke 4 durch mehrere hintereinander angeordnete Teilmessstrecken abbilden, wobei jede Teilmessstrecke dann dem individuellen Messbereich 27 des jeweiligen Positionssensor 7 entspricht. Bei einer Reihenschaltung der Positionssensoren 7 innerhalb der Sensorkaskade 9 lassen sich die Positionen der beiden mobilen Einheiten 2 separat erfassen, wobei die Ortsbestimmung zeitlich nacheinander erfolgen muss. Hierzu kann über eine geeignete Steuerung die Druckgasversorgung der Düsen 10 bei den beiden Betätigungseinrichtungen 8 gezielt so gesteuert werden, dass zunächst nur die Düsen 10 der einen Betätigungseinheit 8 mit Druckgas versorgt werden, um die Position der dieser Betätigungseinheit 8 zugeordneten mobilen Einheit 2 zu ermitteln. Anschließend kann durch eine Druckgasversorgung ausschließlich der anderen Düsen 10 die Position der anderen mobilen Einheit 2 ermittelt werden. Bei einer getrennten Auswertung der einzelnen Kollektoren 15 der Positionssensoren 7 innerhalb der Sensorkaskade 9 ist es grundsätzlich möglich, die Positionen der beiden mobilen Einheiten 2 gleichzeitig zu ermitteln.
  • Entsprechend 7 sind bei einer Reihenschaltung der Positionssensoren 7 die einzelnen Widerstandsbahnen 16 hintereinander, also in Reihe geschaltet. Die Kollektorbahnen 15 sind ebenfalls auf geeignete Weise miteinander verbunden. Die Kollektorbahnen 15 sind dabei über einen hochohmigen Widerstand 30, der beispielsweise 4,7 MΩ betragen kann, mit einer negativen Spannung verbunden, die beispielsweise –5 V beträgt. Wird am analogen Ausgang 31 der Kollektorbahnen 15 eine negative Spannung gemessen, so ist dies ein Zeichen dafür, dass momentan keiner der Positionssensoren 7 innerhalb der Sensorkaskade 9 betätigt wird. Sobald einer der Positionssensoren 7 betätigt wird, springt die Spannung an den Kollektorbahnen 15 vom negativen Spannungspotential auf die jeweilige proportionale Spannung des Betätigungsortes. Diese Spannung liegt im Bereich zwischen 0 V, also Ground, und beispielsweise +10 V.

Claims (17)

  1. Positionsmesseinrichtung, insbesondere für Antriebseinheiten (1), – mit wenigstens einem drucksensitiven Positionssensor (7), – mit wenigstens einer Betätigungseinheit (8) zum Betätigen des Positionssensors (7), dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinheit (8) zumindest eine Düse (10) zur Erzeugung eines Druckgasstroms (18) aufweist, mit dem der Positionssensor (7) betätigbar ist.
  2. Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass der Positionssensor (7) als Potentiometer ausgestaltet ist, und/oder – dass der Positionssensor (7) als Foliensensor ausgestaltet ist, und/oder – dass der Positionssensor (7) als linearer Weggeber oder als Drehwinkelgeber ausgestaltet ist.
  3. Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (10) zur Erzeugung eines den Druckgasstrom (18) umhüllenden Unterdruckbereichs (22) ausgestaltet ist.
  4. Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (10) in einem Kernbereich (23) zumindest einen mit einer Druckquelle koppelbaren oder gekoppelten Innenkanal (24) zur Erzeugung des Druckgasstroms (18) und in einem koaxial zum Kernbereich (23) angeordneten Ringbereich (25) zumindest einen mit einer Unterdruckquelle koppelbaren oder gekoppelten Außenkanal (26) zur Erzeugung des Unterdruckbereichs (22) aufweist.
  5. Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, – dass der Innenkanal durch eine zentrale Bohrung (24) gebildet ist, – dass der Außenkanal durch einen, die zentrale Bohrung (24) koaxial umschließenden Ringkanal (26) gebildet ist.
  6. Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (10) so ausgestaltet ist, dass sie den Druckgasstrom (18) in Form eines tragfähigen Gasfilms (32) erzeugt, über den sich die Düse (10) am Positionssensor (7) abstützt.
  7. Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, – dass die Düse (10) einen porösen Austrittskörper (35) aufweist, durch den ein diffuser Druckgasstrom (18) zur Erzeugung des Gasfilms (32) austritt, oder – dass die Düse (10) so ausgestaltet ist, dass der damit erzeugte Druckgasstrom (18) ein Unterdruckgebiet (37) erzeugt, das eine Saugkraft zwischen Düse (10) und Positionssensor (7) erzeugt.
  8. Positionsmesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messstrecke (4), die größer ist als ein Messbereich (27) eines einzelnen Positionssensors (7), durch eine Abfolge von mehreren Positionssensoren (7) kaskadiert ist.
  9. Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung der Sensorkaskade (9) entlang der Messstrecke (4) zumindest zwei parallele Messwege (28, 29) vorgesehen sind, auf denen die Positionssensoren (7) wechselweise hintereinander angeordnet sind.
  10. Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinheit (8) zumindest zwei Düsen (10) aufweist, von denen die eine dem einen Messweg (28) zugeordnet ist und von denen die andere dem anderen Messweg (29) zugeordnet ist.
  11. Positionsmesseinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, – dass die Positionssensoren (7) innerhalb der Sensorkaskade (9) in Reihe geschaltet sind, derart, dass sie die ganze Messstrecke (4) als Einheit abbilden, oder – dass die Positionssensoren (7) innerhalb der Sensorkaskade (9) parallel geschaltet sind, derart, dass sie die Messstrecke (4) durch mehrere hintereinander angeordnete Teilmessstrecken abbilden.
  12. Positionsmesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass einer durch einen oder mehrere Positionssensoren (7) gebildeten Messstrecke (4) mindestens zwei Betätigungseinheiten (8) zugeordnet sind.
  13. Antriebseinheit, insbesondere Linearantriebseinheit (1) mit einer stationären Einheit (3) und mit mindestens einer relativ zur stationären Einheit (3) verstellbaren mobilen Einheit (2) sowie mit einer Positionsmesseinrichtung (6) zum Ermitteln einer Relativlage zwischen der jeweiligen mobilen Einheit (2) und der stationären Einheit (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
  14. Antriebseinheit nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, – dass die jeweilige mobile Einheit durch einen Schlitten (2) gebildet ist, – dass die stationäre Einheit durch eine Schiene (3) gebildet ist, – dass der jeweilige Schlitten (2) auf der Schiene (3) entlang einer Messstrecke (4) verstellbar ist, – dass der Messstrecke (4) zumindest eine Betätigungseinheit (8) der Positionsmesseinrichtung (6) zugeordnet ist, die an einem solchen Schlitten (2) angeordnet ist.
  15. Antriebseinheit nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Schlitten (2) vorgesehen sind, die jeweils eine Betätigungseinheit (8) aufweisen und auf der gleichen Schiene (3) entlang einer gemeinsamen Messstrecke (4) verstellbar sind.
  16. Verwendung eines Druckgasstroms (18), insbesondere eines Druckluftstroms, zur Betätigung eines drucksensitiven Sensors (7).
  17. Verwendung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der drucksensitive Sensor (7) als Foliensensor ausgestaltet ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0284787A2 (de) * 1987-03-28 1988-10-05 Preh-Werke GmbH & Co. KG Weg- bzw. Positionsgeber
US5008497A (en) * 1990-03-22 1991-04-16 Asher David J Touch controller
EP0559634A1 (de) * 1992-03-02 1993-09-08 Hoerbiger Ventilwerke Aktiengesellschaft Wegmesseinrichtung

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