DE102010051178A1 - Measuring cable distance sensor for pressurized systems - Google Patents

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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.Device for path measurement for a along a longitudinal axis (Y) displaceable element (2), wherein the element (2) bounded by a housing (4, 5) pressure space (6) limited and movable by within the pressure chamber pressure can be moved, in particular in the manner of a telescopic cylinder unit (1),
a) with a measuring cable displacement sensor (7), which has a rotatably mounted cable drum (8) for receiving a measuring cable (9),
b) wherein the measuring cable (9) is connectable to a section (3) of the element (2),
characterized in that
c) the measuring cable displacement sensor (7) comprises an encoder (10), in particular a rotary encoder, which outside of the pressure chamber (6) with the cable drum (8) can be brought into operative connection.

Figure 00000001
Figure 00000001

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.The invention relates to a device for displacement measurement for a displaceable along a longitudinal axis element, wherein the element is limited to a pressure chamber formed by a housing pressure space and can be moved by pressure within the pressure chamber, in particular in the manner of a telescopic cylinder unit according to the preamble of claim 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.As a general state of the art measuring cable displacement sensors are known to detect lengths, via an on a cable drum wound measuring cable when winding or unwinding an encoder, in particular a rotation angle sensor is operated, which converts the rotary motion into a suitable signal, which Determining the unwound or wound rope length can be further processed, such as out DE 10 2006 020 779 B3 . DE 198 521 82 C1 or DE 442 176 07 C2 is known.

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.In telescopic cylinder units, in which the displacement of the piston to be detected, fail simple, along the route fixedly positioned Wegmesssysteme, since at least the cylinder of the relevant (usually the innermost) piston in turn is not stationary, but also undergoes a longitudinal displacement, the displacement of the To add the piston is.

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.It already belongs to the state of the art to use cable pull sensors which are arranged directly in the pressure chamber of a high-pressure (for example 300 bar) telescopic cylinder unit. These measuring cable displacement sensors are exposed to the high interior pressure, which their application, in particular that of the associated encoder, with respect to temperature, pressure, vibration u. Ä. Limits (in the following "encoder" is to be understood as meaning any suitable sensor on which the rotary motion of the cable drum acts in order to generate an evaluable signal therefrom). Also, the measuring cable distance sensor for maintenance is difficult to access or interchangeable.

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.Object of the present invention is to provide a device for measuring distance of the aforementioned type, in which a simple way, the aforementioned problems are eliminated and the application of the electronics is not limited.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Encoder außerhalb des Druckraumes angebracht wird.This object is achieved in that the encoder is mounted outside of the pressure chamber.

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.This has the advantage that the encoder is easily accessible from the outside and depending on the application or damage can be arbitrarily exchanged for other types, such as to adjust the signal as needed (other scaling, other encoder type, etc.), so that the Customer can finally decide which output type of electronics he wants to use. By contrast, the part of the travel cable measuring sensor which remains essentially mechanically functioning and remains the same for different encoders remains in the pressure chamber and can be pressurized.

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.According to an advantageous embodiment of the invention, the cable drum is to be connected via a shaft to the encoder. The shaft transmits the rotational movement carried out by the cable drum to the outside of the pressure chamber, where ambient pressure generally prevails. The encoder can - preferably coaxially - be connected to the shaft, with a suitable releasable coupling facilitates the replacement of the encoder.

Die Welle wird über mindestens eine Druckabdichtung aus dem Druckraum herausgeführt, um den Druckraum abzudichten und Leckage zu vermeiden.The shaft is led out of the pressure chamber via at least one pressure seal in order to seal the pressure chamber and to avoid leakage.

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.According to another embodiment of the invention, the cable drum is coupled to transmit its rotational movement without contact with the encoder. This has the advantage that no opening for a shaft in the housing or pressure chamber is provided. The production of the pressure chamber is simplified, while the strength and in particular the tightness are significantly improved. The coupling can be done in particular via magnets which act through the wall of the pressure chamber to the outside and transmit the rotational movement of the cable drum to the encoder.

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.The encoder may be releasably secured to the housing according to a further feature of the invention, wherein the housing comprises in a further embodiment, the measuring cable displacement sensor in a recess receiving flange. For ease of assembly and disassembly of the flange may be flanged in a further embodiment of the invention via at least one screw to a housing portion.

Die gesamte Einheit ist in vorteilhafter Weise für eine Teleskopzylindereinheit mit einem Encoder im Sinne der vorliegenden Erfindung einsetzbar.The entire unit is advantageously used for a telescopic cylinder unit with an encoder in the context of the present invention.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.The invention will be described in more detail with reference to an embodiment shown in the drawing.

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.The only 1 shows a schematic side view and partially cut or broken a device for path measurement in a telescopic cylinder unit 1 according to an embodiment of the invention.

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. The telescopic cylinder unit 1 comprises an element displaceable as a piston along an axis Y. 2 , wherein the piston is a pressure chamber 6 limited, the further mainly of a housing 4 . 5 is formed. Unspecified cylinders form - depending on the stroke of the piston 2 along the axis Y - also a wall of the pressure chamber 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.By pressurizing the pressure chamber 6 , For example, with a hydraulically acting fluid, experiences the piston 2 a displacement force that (in 1 down) causes a stroke in the Y direction. The piston and at least one coaxially surrounding it cylinder pushes at sufficient pressure telescopically into an end position, not shown in the drawing.

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.To detect the stroke length is in a cover-like housing section 4 a cable sensor 7 intended. This comprises a rotatably mounted cable drum 8th for receiving a measuring cable 9 , wherein the cable drum is acted upon by a return spring, not shown, to the rope 9 to be wound up at any time or to be pre-tensioned. The measuring rope 9 in turn is with a section 3 of the piston 2 connected. The longitudinal movement of the piston causes the winding or unwinding of the rope 9 on the drum 8th ,

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.With the rope drum 8th is an encoder 10 in operative connection, according to the invention this encoder 10 outside the pressure room 6 can be arranged. The rope drum 8th is about a wave 11 - Preferably coaxial - with the encoder 10 connected, which generates an evaluable signal from the rotational movement. A seal 12 seals the pressure chamber in the area of the shaft passage.

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.The housing 4 . 5 can make a finishing cover 4 include the measuring cable displacement sensor 7 in a to the pressure room 6 belonging recess 14 receives. This lid 4 is via at least one screw connection 13 to the housing section 5 Flanged, so that there is a structurally simple but effective solution.

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.To secure the shaft axially and radially and to ensure smoothness, there is at least one bearing 16 provided. The bearing can be either directly in the housing 4 integrate or as a structurally simple and easy to assemble solution in a service flange 18 Accommodate the at least one screw connection 17 on the housing 4 is appropriate. The insert flange is sealed in the area of the shaft passage and the housing by at least one seal.

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.The outside of the pressure room 6 arranged encoder 10 is easily accessible on the outside and can - regardless of the operation or internal pressure in the pressure chamber 6 - easily replaced at any time.

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.To the rapid interchangeability of the encoder 10 To ensure, in a further embodiment of the invention, the shaft 11 the rope drum 8th via at least one clutch 15 with the encoder 10 be connectable.

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.The device according to the invention operates in such a way that the measuring cable 9 during the movement of the piston displaceable under pressure in the Y direction 2 from the rope drum 9 unwinds, with the rotation of the rope drum 8th through the encoder 10 recorded and processed further.

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.Due to the special design of the device according to the invention results in an extension of the scope and a rapid adaptation of the encoder 10 to the respective customer requirements without incurring higher costs.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (14)

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.Position measuring device for a displaceable element (Y) along a longitudinal axis (Y) 2 ), where the element ( 2 ) partially from a housing ( 4 . 5 ) pressure space ( 6 ) is limited and can be moved by pressure applied within the pressure chamber, in particular in the manner of a telescopic cylinder unit ( 1 ), a) with a measuring cable displacement sensor ( 7 ), which a rotatably mounted cable drum ( 8th ) for receiving a measuring cable ( 9 ), b) the measuring cable ( 9 ) with a section ( 3 ) of the element ( 2 ), characterized in that c) the measuring cable displacement sensor ( 7 ) an encoder ( 10 ), in particular a rotary encoder that outside the pressure chamber ( 6 ) with the cable drum ( 8th ) can be brought into operative connection. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Seiltrommel (8) zur Übertragung ihrer Drehbewegung über eine Welle (11) mit dem Encoder (10) verbindbar ist.Apparatus according to claim 1, wherein the cable drum ( 8th ) for transmitting its rotary motion via a shaft ( 11 ) with the encoder ( 10 ) is connectable. 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.Device according to claim 2, characterized in that the shaft ( 11 ) via at least one pressure seal ( 12 ) from the pressure chamber, through the housing ( 4 . 5 ) is led out. 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.Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the encoder ( 10 ) with the wave ( 11 ) and / or the wave ( 11 ) with the measuring cable displacement sensor ( 7 ) via a releasable coupling ( 12 ) is connectable. 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.Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the shaft ( 11 ) via at least one warehouse ( 16 ) is secured against radial and axial displacement. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (11) über einen Einsatzflansch (18) nach aussen geführt ist.Device according to claim 1, 2, 4 and 5, characterized in that the shaft ( 11 ) via an insert flange ( 18 ) is led to the outside. 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.Device according to claim 6, characterized in that the shaft ( 11 ) via at least one pressure seal ( 12 ) from the pressure chamber, in particular through the insert flange ( 18 ), is led out. 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.Apparatus according to claim 7, characterized in that the insert flange via at least one pressure seal ( 12 ) from the pressure chamber, in particular through the housing ( 4 . 5 ), is led out. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatzflansch (4) über mindestens eine Schraubverbindung (17) an einen Abschnitt (4) des Abschlussdeckels angeflanscht ist.Apparatus according to claim 6, characterized in that the insert flange ( 4 ) via at least one screw connection ( 17 ) to a section ( 4 ) of the end cover is flanged. 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.Device according to claim 1, characterized in that the cable drum ( 8th ) for transmitting its rotational movement without contact, in particular by means of magnetic action, with the encoder ( 10 ) is coupled, wherein the coupling is preferably carried out through a housing wall. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Encoder (10) auf dem Gehäuse (4, 5) lösbar befestigt ist.Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the encoder ( 10 ) on the housing ( 4 . 5 ) is releasably attached. Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4, 5) einen den Messseil-Wegsensor (7) aufnehmenden Abschlussdeckel (4) umfasst.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the housing ( 4 . 5 ) one the measuring cable displacement sensor ( 7 ) receiving end cover ( 4 ). Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschlussdeckel (4) über mindestens eine Schraubverbindung (13) an einen Abschnitt (5) des Gehäuses angeflanscht ist.Apparatus according to claim 12, characterized in that the end cover ( 4 ) via at least one screw connection ( 13 ) to a section ( 5 ) of the housing is flanged. Teleskopzylindereinheit (1) mit einem Messseil-Wegsensor (7) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche.Telescopic cylinder unit ( 1 ) with a measuring cable displacement sensor ( 7 ) according to one or more of the preceding claims.
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