DE102010051178A1

DE102010051178A1 - Messseil-Wegsensor für druckbeaufschlagte Systeme

Info

Publication number: DE102010051178A1
Application number: DE102010051178A
Authority: DE
Original assignee: WAYCON POSITIONSMESSTECHNIK GmbH
Current assignee: WAYCON POSITIONSMESSTECHNIK GmbH
Priority date: 2009-11-17
Filing date: 2010-11-15
Publication date: 2011-05-19
Also published as: DE202009015774U1

Abstract

Vorrichtung zur Wegmessung für ein entlang einer Längsachse (Y) verschiebbares Element (2), wobei das Element (2) einen teilweise von einem Gehäuse (4, 5) gebildeten Druckraum (6) begrenzt und durch innerhalb des Druckraums aufbringbaren Druck bewegbar ist, insbesondere nach Art einer Teleskopzylindereinheit (1),
a) mit einem Messseil-Wegsensor (7), welcher eine drehbar gelagerte Seiltrommel (8) zur Aufnahme eines Messseils (9) aufweist,
b) wobei das Messseil (9) mit einem Abschnitt (3) des Elements (2) verbindbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
c) der Messseil-Wegsensor (7) einen Encoder (10), insbesondere einen Drehwinkelgeber umfasst, der außerhalb des Druckraumes (6) mit der Seiltrommel (8) in Wirkverbindung bringbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Wegmessung für ein entlang einer Längsachse verschiebbares Element, wobei das Element einen teilweise von einem Gehäuse gebildeten Druckraum begrenzt und durch innerhalb des Druckraums aufbringbaren Druck bewegbar ist, insbesondere nach Art einer Teleskopzylindereinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Als allgemeiner Stand der Technik sind Messseil-Wegsensoren bekannt, um Längen zu erfassen, wobei über ein auf einer Seiltrommel aufgewickeltes Messseil beim Auf- oder Abwickeln ein Encoder, insbesondere ein Drehwinkelsensor, betätigt wird, der die Drehbewegung in ein geeignetes Signal wandelt, welches zur Ermittlung der ab- oder aufgewickelten Seillänge weiter verarbeitet werden kann, wie etwa aus DE 10 2006 020 779 B3 , DE 198 521 82 C1 oder DE 442 176 07 C2 bekannt ist.
Bei Teleskopzylindereinheiten, bei denen die Verschiebung des Kolbens erfasst werden soll, versagen einfache, entlang der Wegstrecke ortsfest positionierte Wegmesssysteme, da zumindest der Zylinder des relevanten (meist des innersten) Kolbens seinerseits nicht ortsfest ist, sondern ebenfalls eine Längsverschiebung erfährt, die zur Verschiebung des Kolbens zu addieren ist.
Es zählt bereits zum Stand der Technik, Seilzugsensoren zu verwenden, welche unmittelbar im Druckraum einer mit hohem Druck (zum Beispiel 300 bar) arbeitenden Teleskopzylindereinheit angeordnet sind. Diese Messseil-Wegsensoren sind dem hohem Innenraumdruck ausgesetzt, was ihren Einsatzbereich, insbesondere den des zugehörigen Encoders, bezüglich Temperatur, Druck, Vibration u. ä. einschränkt (unter „Encoder” sei im Folgenden jeder geeignete Sensor zu verstehen, auf den die Drehbewegung der Seiltrommel einwirkt, um daraus ein auswertbares Signal zu generieren). Auch ist der Messseil-Wegsensor für Wartungsarbeiten nur schwer zugänglich bzw. austauschbar.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Wegmessung der vorgenannten Art zu schaffen, bei welcher auf einfache Art die vorgenannten Probleme behoben werden und der Einsatzbereich der Elektronik nicht eingeschränkt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Encoder außerhalb des Druckraumes angebracht wird.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass der Encoder von außen leicht zugänglich ist und je nach Anwendungsfall oder Schadensfall beliebig gegen andere Typen ausgetauscht werden kann, etwa um das Signal nach Bedarf anzupassen (andere Skalierung, anderer Encoder-Typ etc.), so dass der Kunde letztendlich entscheiden kann, welchen Ausgangstyp an Elektronik er einsetzen will. Der im Wesentlichen mechanisch funktionierende und auch für unterschiedliche Encoder gleichbleibende Teil des Wegseilmesssensors verbleibt dagegen im Druckraum und kann druckbeaufschlagt werden.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Seiltrommel über eine Welle mit dem Encoder zu verbinden. Die Welle überträgt die von der Seiltrommel ausgeführte Drehbewegung auf die Außenseite des Druckraumes, wo in der Regel Umgebungsdruck herrscht. Der Encoder kann – vorzugsweise koaxial – mit der Welle verbunden werden, wobei eine geeignete, lösbare Kupplung den Austausch des Encoders erleichtert.
Die Welle wird über mindestens eine Druckabdichtung aus dem Druckraum herausgeführt, um den Druckraum abzudichten und Leckage zu vermeiden.
Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung, ist die Seiltrommel zur Übertragung ihrer Drehbewegung berührungslos mit dem Encoder gekoppelt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass keine Öffnung für eine Welle im Gehäuse bzw. Druckraum vorzusehen ist. Die Fertigung des Druckraumes wird so vereinfacht, während die Festigkeit und insbesondere die Dichtheit erheblich verbessert werden. Die Kopplung kann insbesondere über Magnete erfolgen, die durch die Wandung des Druckraumes nach außen wirken und die Drehbewegung der Seiltrommel auf den Encoder übertragen.
Der Encoder kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung auf dem Gehäuse lösbar befestigt sein, wobei das Gehäuse in weiterer Ausgestaltung einen den Messseil-Wegsensor in einer Ausnehmung aufnehmenden Flansch umfasst. Zur leichteren Montage bzw. Demontage kann der Flansch in weiterer Ausgestaltung der Erfindung über mindestens eine Schraubverbindung an einen Gehäuseabschnitt angeflanscht sein.
Die gesamte Einheit ist in vorteilhafter Weise für eine Teleskopzylindereinheit mit einem Encoder im Sinne der vorliegenden Erfindung einsetzbar.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
Die einzige 1 zeigt in schematischer Seitenansicht und teilweise geschnitten bzw. gebrochen eine Vorrichtung zur Wegmessung bei einer Teleskopzylindereinheit 1 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die Teleskopzylindereinheit 1 umfasst ein als Kolben längs einer Achse Y verschiebbares Element 2, wobei der Kolben einen Druckraum 6 begrenzt, der im weiteren hauptsächlich von einem Gehäuse 4, 5 gebildet wird. Nicht näher bezeichnete Zylinder bilden – je nach Hub des Kolbens 2 entlang der Achse Y – ebenfalls eine Wandung des Druckraumes 6.
Durch Druckbeaufschlagung des Druckraumes 6, beispielsweise mit einem hydraulisch wirkenden Fluid, erfährt der Kolben 2 eine Verschiebekraft, die (in 1 nach unten) in Y-Richtung einen Hub bewirkt. Der Kolben und wenigstens ein ihn koaxial umgebender Zylinder schiebt sich bei ausreichendem Druck teleskopartig in eine in der Zeichnung nicht dargestellte Endstellung.
Um die Hublänge zu erfassen, ist in einem deckelartigen Gehäuseabschnitt 4 ein Wegseilmesssensor 7 vorgesehen. Dieser umfasst eine drehbar gelagerte Seiltrommel 8 zur Aufnahme eines Messseils 9, wobei die Seiltrommel von einer nicht näher dargestellten Rückstellfeder beaufschlagt ist, um das Seil 9 jederzeit aufzuwickeln bzw. vorgespannt zu halten. Das Messseil 9 seinerseits ist mit einem Abschnitt 3 des Kolbens 2 verbunden. Die Längsbewegung des Kolbens bewirkt die Auf- oder Abwicklung des Seils 9 auf der Trommel 8.
Mit der Seiltrommel 8 steht ein Encoder 10 in Wirkverbindung, wobei erfindungsgemäß dieser Encoder 10 außerhalb des Druckraumes 6 anordenbar ist. Die Seiltrommel 8 ist über eine Welle 11 – vorteilhafterweise koaxial – mit dem Encoder 10 verbunden, der aus der Drehbewegung ein auswertbares Signal erzeugt. Eine Dichtung 12 dichtet den Druckraum im Bereich der Wellendurchführung ab.
Das Gehäuse 4, 5 kann einen Abschlussdeckel 4 umfassen, der den Messseil-Wegsensor 7 in einer zum Druckraum 6 gehörenden Ausnehmung 14 aufnimmt. Dieser Deckel 4 ist über mindestens eine Schraubverbindung 13 an den Gehäuseabschnitt 5 angeflanscht, so dass sich eine konstruktiv einfache aber wirkungsvolle Lösung ergibt.
Um die Welle axial und radial zu sichern und Laufruhe zu gewährleisten, ist mindestens ein Lager 16 vorzusehen. Das Lager lässt sich entweder direkt im Gehäuse 4 integrieren oder als konstruktiv einfache und montagefreundliche Lösung in einem Einsatzflansch 18 unterbringen, der über mindestens eine Verschraubung 17 am Gehäuse 4 angebracht ist. Der Einsatzflansch wird im Bereich der Wellendurchführung und des Gehäuses durch mindestens je eine Dichtung abgedichtet.
Der außerhalb des Druckraumes 6 angeordnete Encoder 10 ist außen sehr gut zugänglich und kann – unabhängig vom Betrieb bzw. Innendruck im Druckraum 6 – jederzeit leicht ausgewechselt werden.
Um die rasche Austauschbarkeit des Encoders 10 zu gewährleisten, kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung, die Welle 11 der Seiltrommel 8 über mindestens eine Kupplung 15 mit dem Encoder 10 verbindbar sein.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet so, dass sich das Messseil 9 bei der Bewegung des unter Druck in Y-Richtung verschiebbaren Kolbens 2 von der Seiltrommel 9 abwickelt, wobei die Rotation der Seiltrommel 8 durch den Encoder 10 erfasst und weiter verarbeitet wird.
Durch die besondere Gestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich eine Erweiterung des Anwendungsbereichs und eine rasche Anpassung des Encoders 10 an die jeweils vorliegenden Kundenerfordernisse, ohne dass hierdurch höhere Kosten anfallen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006020779 B3 [0002]
DE 19852182 C1 [0002]
DE 44217607 C2 [0002]

Claims

Vorrichtung zur Wegmessung für ein entlang einer Längsachse (Y) verschiebbares Element (2), wobei das Element (2) einen teilweise von einem Gehäuse (4, 5) gebildeten Druckraum (6) begrenzt und durch innerhalb des Druckraums aufbringbaren Druck bewegbar ist, insbesondere nach Art einer Teleskopzylindereinheit (1), a) mit einem Messseil-Wegsensor (7), welcher eine drehbar gelagerte Seiltrommel (8) zur Aufnahme eines Messseils (9) aufweist, b) wobei das Messseil (9) mit einem Abschnitt (3) des Elements (2) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass c) der Messseil-Wegsensor (7) einen Encoder (10), insbesondere einen Drehwinkelgeber umfasst, der außerhalb des Druckraumes (6) mit der Seiltrommel (8) in Wirkverbindung bringbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Seiltrommel (8) zur Übertragung ihrer Drehbewegung über eine Welle (11) mit dem Encoder (10) verbindbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (11) über mindestens eine Druckabdichtung (12) aus dem Druckraum, durch das Gehäuse (4, 5) herausgeführt ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Encoder (10) mit der Welle (11) und/oder die Welle (11) mit dem Messseil-Wegsensor (7) über eine lösbare Kupplung (12) verbindbar ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (11) über mindestens ein Lager (16) gegen radiale und axiale Verschiebung gesichert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (11) über einen Einsatzflansch (18) nach aussen geführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (11) über mindestens eine Druckabdichtung (12) aus dem Druckraum, insbesondere durch den Einsatzflansch (18) hindurch, herausgeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatzflansch über mindestens eine Druckabdichtung (12) aus dem Druckraum, insbesondere durch das Gehäuse (4, 5) hindurch, herausgeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatzflansch (4) über mindestens eine Schraubverbindung (17) an einen Abschnitt (4) des Abschlussdeckels angeflanscht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seiltrommel (8) zur Übertragung ihrer Drehbewegung berührungslos, insbesondere mittels Magnetwirkung, mit dem Encoder (10) koppelbar ist, wobei die Kopplung vorzugsweise durch eine Gehäusewandung hindurch erfolgt.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Encoder (10) auf dem Gehäuse (4, 5) lösbar befestigt ist.
Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4, 5) einen den Messseil-Wegsensor (7) aufnehmenden Abschlussdeckel (4) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschlussdeckel (4) über mindestens eine Schraubverbindung (13) an einen Abschnitt (5) des Gehäuses angeflanscht ist.
Teleskopzylindereinheit (1) mit einem Messseil-Wegsensor (7) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche.