DE102012209715A1

DE102012209715A1 - Seilzuglängengeber

Info

Publication number: DE102012209715A1
Application number: DE201210209715
Authority: DE
Inventors: Ernst Halder; Rüdiger Hellstern
Original assignee: HYDROPNEU GmbH; Horst Siedle GmbH and Co KG
Current assignee: HYDROPNEU GmbH; Horst Siedle GmbH and Co KG
Priority date: 2012-06-11
Filing date: 2012-06-11
Publication date: 2013-12-12

Abstract

Es wird ein Seilzuglängengeber (10) beschrieben, der mit einer um eine Achse (A) drehbaren Seiltrommel (14), mit einem auf die Seiltrommel (14) auf- und abwickelbaren Seil (23), mit einem mit der Drehbewegung der Seiltrommel (14) gekoppelten Magneten (16), sowie mit einer dem Magneten (16) zugeordneten Detektionseinrichtung (19) versehen ist. Der Seilzuglängengeber (10) weist kein Getriebe auf. Die Detektionseinrichtung (19) weist einen elektromagnetischen Umdrehungssensor auf, der zur Erfassung einer Anzahl von Umdrehungen des Magneten (16) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Seilzuglängengeber nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 20 2006 001 807 U1 ist ein Seilzuglängengeber bekannt, bei dem an dem axial verschiebbaren Kolben eines Arbeitszylinders das freie Ende eines Seils befestigt ist. Das Seil ist auf einer im Innenraum des Zylinders angeordneten Welle auf- und abwickelbar. Die Welle ist mit der Antriebsseite eines Getriebes verbunden. Auf seiner Abtriebsseite trägt das Getriebe einen Magneten. Dem Magneten ist ein Sensor zugeordnet, mit dem die Winkelstellung des Magneten erfassbar ist.
Bei dem Auf- und Abwickeln des Seils wird die Welle um eine Mehrzahl von Umdrehungen gedreht. Das Getriebe setzt diese Mehrzahl von Umdrehungen der Welle in eine einzige Umdrehung des Magneten um, also in eine Winkelstellung des Magneten zwischen 0 Grad und 360 Grad. Damit kann aus der Winkelstellung des Magneten auf die Länge des abgewickelten Seils und damit auf die Position des Kolbens innerhalb des Arbeitszylinders geschlossen werden.
Ein Nachteil der DE 20 2006 001 807 U1 besteht in der Verwendung des Getriebes. Ein derartiges Getriebe ist nicht nur mit erhöhten Bauteile- und Herstellungskosten verbunden, sondern führt auch zu einem größeren Verschleiß und zu einer erhöhten Ungenauigkeit und Fehleranfälligkeit.
Aus der DE 197 24 387 A1 ist ein Seilzuglängengeber bekannt, bei dem ein Seil von einer Trommel auf- und abwickelbar ist. An der Trommel ist ein Magnet gehalten, dem ein Sensor zugeordnet ist. Bei einer ersten Ausführungsform des Seilzuglängengebers ist kein Getriebe vorhanden. Dies hat zur Folge, dass nur die Erfassung einer Winkelstellung des Magneten zwischen 0 Grad und 180 Grad möglich ist, also keine Erfassung mehrerer Umdrehungen des Magneten bzw. der Trommel. Diese Ausführungsform ist somit zur Erkennung der Position des Kolbens in einem Arbeitszylinder nicht einsetzbar. Bei einer zweiten Ausführungsform ist ein Getriebe vorhanden, mit dem mehrere Umdrehungen des Magneten erfasst werden können, das jedoch die bereits erläuterten Nachteile mit sich bringt.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Seilzuglängengeber zu schaffen, der einfach und kostengünstig herstellbar ist und mit dem eine hohe Genauigkeit erreichbar ist.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch einen Seilzuglängengeber nach dem Anspruch 1 sowie durch einen Arbeitszylinder nach dem Anspruch 11.
Erfindungsgemäß ist ein Seilzuglängengeber vorgesehen, der eine um eine Achse drehbare Seiltrommel aufweist. Es sind ein auf die Seiltrommel auf- und abwickelbares Seil sowie ein mit der Drehbewegung der Seiltrommel gekoppelter Magnet vorhanden. Dem Magneten ist eine Detektionseinrichtung zugeordnet. Der Seilzuglängengeber weist kein Getriebe auf. Die Detektionseinrichtung weist einen elektromagnetischen Umdrehungssensor auf, der zur Erfassung einer Anzahl von Umdrehungen des Magneten vorgesehen ist.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass kein Getriebe erforderlich ist. Stattdessen ist ein Umdrehungssensor vorhanden, der in der Lage ist, eine Anzahl von Umdrehungen der Seiltrommel bzw. des Magneten zu erfassen. Unter einer Anzahl von Umdrehungen werden dabei mindestens zwei oder mehr Umdrehungen der Seiltrommel bzw. des Magneten verstanden. Mit Hilfe der erfassten Anzahl von Umdrehungen kann dann auf die Länge des abgewickelten Seils geschlossen werden. Bei einer Verwendung des erfindungsgemäßen Seilzuglängengebers in einem Arbeitszylinder kann damit auf die Position des Kolbens innerhalb des Zylinders geschlossen werden.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die elektromagnetische Ausgestaltung des Umdrehungssensors eine wesentliche höhere Messgenauigkeit mit sich bringt als ein Getriebe. Ebenfalls weist die elektromagnetische Ausgestaltung des Umdrehungssensors eine wesentlich geringere Fehleranfälligkeit auf als ein Getriebe.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der Magnet eine bestimmte Anzahl von Umdrehungen ausführen, und der Umdrehungssensor ist in der Lage, die einzelnen Umdrehungen dieser bestimmten Anzahl von Umdrehungen voneinander zu unterscheiden. Dies erlaubt es dem Umdrehungssensor, die jeweils aktuelle Anzahl von Umdrehungen des Magneten in einfacher Weise zu ermitteln.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Detektionseinrichtung einen Winkelsensor auf, der zur Erfassung der Winkelstellung des Magneten vorgesehen ist. Mit Hilfe des zusätzlichen Winkelsensors kann somit die aktuelle Drehstellung des Magneten ermittelt werden. Bei einer Verwendung des erfindungsgemäßen Seilzuglängengebers in einem Arbeitszylinder kann damit auf die exakte Position des Kolbens innerhalb des Zylinders geschlossen werden.
Der erfindungsgemäße Arbeitszylinder ist mit einem axial verschiebbaren Kolben versehen und weist einen Seilzuglängengeber auf, wie er vorstehend beschrieben ist. In diesem Fall ist das freie Ende des Seils an dem Kolben befestigt. Die bereits erläuterten Vorteile des erfindungsgemäßen Seilzuglängengebers sind auch bei dem vorgenannten Arbeitszylinder in entsprechender Weise vorhanden.
Vorzugsweise kann die Detektionseinrichtung außerhalb des Zylinders angeordnet sein, so dass sie nicht den Bedingungen, insbesondere dem Druck oder der Temperatur innerhalb des Zylinders ausgesetzt ist. Bei einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung des Arbeitszylinders ist es möglich, dass zwischen dem Magneten und der Detektionseinrichtung ein Deckel aus einem nicht-magnetischen Material vorhanden ist. Damit wird erreicht, dass die Detektionseinrichtung das von dem Magneten erzeugte magnetische Feld ohne Weiteres erkennen kann. Handelt es sich um einen sogenannten Hydraulikzylinder, so kann der Deckel flüssigkeitsdicht ausgebildet sein.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in den Figuren.
Die 1a zeigt einen schematischen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Seilzuglängengebers, die 1b zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Seilzuglängengeber der 1a entlang der Ebene B der 1a, und die 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine mögliche Ausführungsform eines Umdrehungssensors, der in dem Seilzuglängengeber der 1a, 1b zur Anwendung kommen kann.
In den 1a, 1b ist ein Seilzuglängengeber 10 dargestellt, der im Wesentlichen ein Gehäuse 12, eine Welle 13, eine Seiltrommel 14, eine Spiralfeder 15, einen Magneten 16, einen Deckel 17 und eine Detektionseinrichtung 19 aufweist.
Das Gehäuse 12 ist beispielhaft im Wesentlichen rechtwinklig dargestellt und kann beispielsweise aus einem Metall bestehen. Das Gehäuse 12 kann zum Zwecke der Herstellung aus mehreren Bauteilen zusammengesetzt sein und auch eine von den Figuren abweichende Gestalt aufweisen.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Welle 13 beispielsweise mit Hilfe von Kugellagern 21 drehbar in dem Gehäuse 12 untergebracht. Die Welle 13 kann beispielsweise aus einem Metall bestehen. Die Welle 13 legt eine Achse A fest.
Die Seiltrommel 14 ist drehfest auf der Welle 13 angeordnet. Die Seiltrommel 14 ist damit um die Achse A drehbar. Auf der Seiltrommel 14 ist (in nicht näher dargestellter Weise) ein Seil 23 aufgewickelt, das über eine Bohrung 24 aus dem Gehäuse 12 des Seilzuglängengebers 10 herausgeführt ist. Anstelle des Seils 23 kann auch ein Band oder dergleichen vorgesehen sein.
Die Spiralfeder 15 ist ebenfalls drehfest auf der Welle 13 angeordnet. Die Spiralfeder 15 ist dabei derart ausgebildet und an dem Gehäuse 12 befestigt, dass ein Abwickeln des Seils 23 von der Seiltrommel 14 ein Spannen der Spiralfeder 15 und damit eine Erhöhung ihrer Federkraft bewirkt. Die Spiralfeder 15 versucht somit mit ihrer Federkraft, das abgewickelte Seil 23 auf die Seiltrommel 14 aufzuwickeln und damit das Seil 23 in das Gehäuse 12 des Seilzuglängengebers 10 zurückzuziehen. Die Spiralfeder 15 erzeugt dabei vorzugsweise immer eine zumindest minimale Federkraft auf das Seil 23, so dass das Seil 23 immer gespannt ist.
Auf einer Stirnseite der Welle 13 ist der Magnet 16 drehfest angeordnet. Der Magnet 16 ist damit um die Achse A drehbar. Der Magnet 16 ist in einer Ebene magnetisiert, die etwa quer zur Achse A ausgerichtet ist. Bei einer Drehbewegung der Welle 13 bewegen sich somit der Nord- und der Südpol des Magneten 16 in dieser quer zur Achse A ausgerichteten Ebene um die Achse A.
Etwa in einer Verlängerung der Achse A weist das Gehäuse 12 eine Öffnung auf, die von dem Deckel 17 verschlossen ist. Der Deckel 17 ist damit örtlich unmittelbar in der Nachbarschaft des Magneten 16 angeordnet. Der Deckel 17 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel in einer etwa quer zur Achse A ausgerichteten Ebene angeordnet und kann beispielsweise scheibenförmig ausgebildet sein.
Der Deckel 17 besteht aus einem nicht-magnetischen Material. Beispielsweise kann der Deckel 17 aus einem nicht-magnetischen Edelstahl hergestellt sein.
Die Detektionseinrichtung 19 ist dem Magneten 16 zugeordnet und außerhalb des Gehäuses 12 angeordnet. Die Detektionseinrichtung 19 ist dazu geeignet, ein magnetisches Feld zu detektieren, das von dem Magneten 16 erzeugt wird. Das magnetische Feld erstreckt sich dabei von dem Magneten 16 durch den nicht-magnetischen Deckel 17 hindurch in Richtung zu der Detektionseinrichtung 19.
Es wird darauf hingewiesen, dass anstelle des Magneten 16 auch ein andersartiges Bauelement vorgesehen sein kann, mit dem ein elektrisches oder ein magnetisches oder ein elektromagnetisches Feld erzeugbar ist, das dann von der Detektionseinrichtung 19 detektierbar ist.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Detektionseinrichtung 19 in einer Verlängerung der Achse A angeordnet. Die Detektionseinrichtung 19 kann scheibenförmig ausgebildet und in einer etwa quer zur Achse A ausgerichteten Ebene angeordnet sein.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel liegt die Detektionseinrichtung 19 mit einer Außenfläche an dem Deckel 17 und teilweise an dem Gehäuse 12 an. Alternativ ist es auch möglich, dass die Detektionseinrichtung 19 einen Abstand zu dem Deckel 17 und/oder dem Gehäuse 12 aufweist. Gegebenenfalls kann der Deckel 17 auch ein Bestandteil der Detektionseinrichtung 19 sein.
Die Detektionseinrichtung 19 enthält einen Umdrehungssensor, mit dem eine Anzahl von Umdrehungen des Magneten 16 erfassbar ist. Zumindest sind mit dem Umdrehungssensor zwei Umdrehungen des Magneten 16 erfassbar. Bei der Anzahl der erfassten Umdrehungen handelt es sich somit um eine natürliche Zahl, die größer als Eins ist.
Wenn also beispielsweise das Seil 23 aus dem Gehäuse 12 herausgezogen und damit von der Seiltrommel 14 abgewickelt wird, so hat die entstehende Drehbewegung der Seiltrommel 14 auch eine Drehbewegung des Magneten 16 zur Folge. Die Anzahl dieser Umdrehungen der Seiltrommel 14 bzw. des Magneten 16 kann von dem Umdrehungssensor erfasst werden. Entsprechendes gilt natürlich auch für das Aufwickeln des Seils 23 auf die Seiltrommel 14. Auch in diesem Fall kann die Anzahl der Umdrehungen der Seiltrommel 14 bzw. des Magneten 16 von dem Umdrehungssensor erfasst werden. Unter einer Umdrehung der Seiltrommel 14 bzw. des Magneten 16 wird dabei eine Drehbewegung von 360 Grad verstanden.
Die in dem Gehäuse 12 untergebrachten Bauteile, also im Wesentlichen alle Bauteile des Seilzuglängengebers 10 außer der Detektionseinrichtung 19, weisen kein Getriebe oder sonstigen mechanischen Wandler auf, mit dem/denen die Drehbewegung der Seiltrommel 14 bzw. des Magneten 16 in irgendeiner Weise in eine andere Drehbewegung umgesetzt werden würde. Insoweit ist es mit diesen Bauteilen – also ohne die Detektionseinrichtung 19 – nicht möglich, eine Drehstellung der Seiltrommel 14 bzw. des Magneten 16 von zum Beispiel 30 Grad einerseits und 390 Grad = 30 Grad + 1 Umdrehung andererseits voneinander zu unterscheiden.
Die Detektionseinrichtung 19 und insbesondere der dort enthaltene Umdrehungssensor weist keine mechanische Kopplung mit den in dem Gehäuse 12 untergebrachten Bauteilen des Seilzuglängengebers 10 auf. Der Umdrehungssensor weist auch kein Getriebe oder sonstigen mechanischen Wandler auf, mit dem/denen die Drehbewegung der Seiltrommel 14 bzw. des Magneten 16 in irgendeiner Weise in eine andere Drehbewegung umgesetzt werden würde.
Der Umdrehungssensor ist jedoch derart ausgebildet, dass er eine Drehstellung der Seiltrommel 14 bzw. des Magneten 16 von zum Beispiel 30 Grad einerseits und 390 Grad = 30 Grad + 1 Umdrehung andererseits voneinander unterscheiden kann. Der Umdrehungssensor kann also ganz allgemein erkennen, innerhalb welcher Umdrehung sich die Seiltrommel 14 bzw. der Magnet 16 jeweils befindet.
Zum Zwecke des Auf- und Abwickelns des Seils 23 kann die Seiltrommel 14 eine bestimmte Anzahl von Umdrehungen ausführen. Damit kann auch der Magnet 16 diese bestimmte Anzahl von Umdrehungen ausführen. Der Umdrehungssensor ist nunmehr in der Lage, die einzelnen Umdrehungen dieser bestimmten Anzahl von Umdrehungen voneinander zu unterscheiden. Wenn die Seiltrommel 14 bzw. der Magnet 16 beispielsweise acht Umdrehungen ausführen kann, so ist der Umdrehungssensor in der Lage, diese acht Umdrehungen voneinander zu unterscheiden.
Auf dieser Grundlage kann der Umdrehungssensor dann die Anzahl der Umdrehungen der Seiltrommel 14 bzw. des Magneten 16 ermitteln. Die von dem Umdrehungssensor erfasste Anzahl der Umdrehungen bezieht sich dabei auf einen Ausgangszustand der Seiltrommel 14, beispielsweise auf einen vollständig aufgewickelten oder abgewickelten Zustand des Seils 23 auf der Seiltrommel 14.
Der Umdrehungssensor besitzt einen elektronischen Aufbau. Insbesondere handelt es sich um einen elektromagnetischen Umdrehungssensor. Derartige Umdrehungssensoren sind beispielsweise in der DE 102 39 904 A1 , der DE 10 2004 020 149 A1 , der DE 10 2008 037 975 A1 , der DE 10 2008 063 226 A1 oder der DE 10 2010 010 893 A1 offenbart.
Vorzugsweise weist der Umdrehungssensor einen Schichtaufbau auf, der ohne eine Energieversorgung dazu geeignet ist, in dem Umdrehungssensor eine Veränderung der Magnetisierung hervorzurufen, wenn der Magnet (16) an dem Umdrehungssensor vorbeibewegt wird.
Anhand der 2 wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel für einen Umdrehungssensor erläutert. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass dieses Ausführungsbeispiel nur eine einzelne Möglichkeit von einer Vielzahl von Möglichkeiten darstellt, wie der Umdrehungssensor ausgestaltet sein kann. Das Ausführungsbeispiel der 2 stellt also keine Einschränkung des Umdrehungssensors auf irgendeine bestimmte Ausführungsform dar.
In der 2 ist ein Sensorelement 50 dargestellt, das ein etwa rautenförmiges Gebilde aufweist, das aus einem etwa spiralförmig angeordneten Streifen 52 aufgebaut ist. Beispielhaft weist das rautenförmige Gebilde etwa vier Wicklungen seines spiralförmigen Streifens 52 auf. An dem äußeren Ende des spiralförmigen Streifens 52 ist ein Wandgenerator 54 vorhanden, der flächig, insbesondere etwa als Kreisfläche ausgebildet ist. Es versteht sich, dass der Wandgenerator 54 auch eine andersartige Flächengestaltung aufweisen kann, beispielsweise oval oder rechteckig oder dreieckig.
Der Streifen 52 und der Wandgenerator 54 des rautenförmigen Gebildes weist einen Schichtaufbau auf, der aufeinanderfolgend mindestens eine weichmagnetische Schicht, eine unmagnetische Schicht und eine hartmagnetische Schicht enthält. Die weichmagnetische Schicht bildet dabei die eigentliche Sensorschicht und die hartmagnetische Schicht bildet eine Referenzschicht.
Wird beispielhaft das Sensorelement 50 der 2 bei dem Seilzuglängengeber 10 der 1a, 1b als Umdrehungssensor verwendet, dann ist das Sensorelement 50 innerhalb der Detektionseinrichtung 19 untergebracht. Dort ist das Sensorelement 52 im Hinblick auf die Achse A des Seilzuglängengebers 10 derart angeordnet, dass die von den Streifen 52 gebildete Ebene etwa quer zu der Achse A ausgerichtet ist.
Aufgrund des Schichtaufbaus des Sensorelements 52 führt ein sich an dem Gebilde vorbeibewegender bzw. sich drehender Magnet, also beispielsweise der Magnet 16 der 1a, in dem Wandgenerator 54 zu einer Veränderung der Magnetisierung der Sensorschicht, nicht jedoch der Referenzschicht. In der Sensorschicht des Wandgenerators 54 entsteht eine sogenannte Domänenwand, die in den Streifen 52 hineinläuft und dort zwei Bereiche voneinander trennt, deren Magnetisierung um 180 Grad zueinander gedreht ist. Ein mehrmaliges Vorbeibewegen bzw. Drehen des Magneten führt zu mehreren derartigen Domänenwänden, die in den spiralförmigen Streifen 52 dann ausgehend von dem Wandgenerator 54 hinein wandern. Damit werden die Domänenwände in dem Gebilde gespeichert. Die Erzeugung der Domänenwände, wie auch deren Speicherung erfolgt dabei ohne eine Energieversorgung.
Ein Vorbeibewegen bzw. Drehen des Magneten, also beispielsweise des Magneten 16 der 1a, in entgegengesetzter Richtung führt zu einem Herauswandern einer Domänenwand aus dem Streifen 52 und damit zu einer Auslöschung dieser Domänenwand.
Aufgrund der beispielhaft vorgesehenen vier Wicklungen des Streifens 52 des Gebildes können mit dem Sensorelement 50 somit vier Umdrehungen eines beispielsweise rotierenden Magneten hoch- und herunter gezählt werden.
Zur näheren Erläuterung des Schichtaufbaus und der daraus sowie aus der spiralförmigen Ausbildung resultierenden Funktionsweise des Gebildes wird auf die bereits erwähnten DE 102 39 904 A1 , DE 10 2004 020 149 A1 und DE 10 2008 037 975 A1 verwiesen. Insbesondere im Hinblick auf Erläuterungen zur Erzeugung und Wanderung von Domänenwänden in dem Streifen 52 und dem Wandgenerator 54 des Gebildes wird auf die vorgenannten Druckschriften hingewiesen.
Zum Auslesen beispielsweise der Anzahl der Umdrehungen eines rotierenden Magneten wird der sogenannte GMR- oder TMR-Effekt (GMR = giant magneto resistance, TMR = tunnel magneto resistance) ausgenutzt. Danach unterscheidet sich der Widerstand des Streifens 52 in Abhängigkeit davon, ob die Magnetisierungsrichtung der Sensorschicht etwa parallel oder etwa anti-parallel zur Magnetisierungsrichtung der Referenzschicht ausgerichtet ist. Jede in dem Streifen 52 vorhandene Domänenwand verändert die Magnetisierungsrichtung der Sensorschicht und damit den zwischen den Enden des Streifens 52 vorhandenen Widerstand. Für weitere Erläuterungen wird hierzu wieder auf die bereits genannten Druckschriften verwiesen.
In der 2 sind die durch die Magnetisierungen entstehenden Widerstände innerhalb des Streifens 52 schematisch als Einzelwiderstände in jeder Längsseite des rautenförmigen Gebildes dargestellt und ausgehend von dem Wandgenerator 54 mit Hilfe der Buchstaben a, b, ..., q durchnummeriert. Mit Hilfe von elektrischen Schaltungen können dann die Einzelwiderstände bzw. der Gesamtwiderstand des Streifens 52 ermittelt und daraus die Anzahl der Umdrehungen abgeleitet werden. Auch hierzu wird nochmals auf die bereits genannten Druckschriften verwiesen.
Der vorstehend anhand der 2 beschriebene Umdrehungssensor entspricht einem Ausführungsbeispiel der DE 10 2010 010 893 A1 . Insoweit wird ausdrücklich auch auf die dortigen Erläuterungen zu diesem Ausführungsbeispiel verwiesen.
Wie bereits erwähnt wurde, kann der Umdrehungssensor auch andersartig ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Umdrehungssensor auf eine Art und Weise realisiert sein, wie dies in der bereits erwähnten DE 10 2008 037 975 A1 oder DE 10 2008 063 226 A1 beschrieben ist. In diesen Fällen können anstelle der vorstehend erläuterten Streifen auch Schleifen vorgesehen sein, die zusätzlich mit Ausstülpungen versehen sein können.
Wird beispielhaft das Sensorelement 50 der 2 bei dem Seilzuglängengeber 10 der 1a, 1b als Umdrehungssensor verwendet, so hat eine Drehbewegung des Magneten 16 ein Hineinwandern oder Herauswandern von Domänenwänden in den Streifen 52 des Sensorelements 50 zur Folge. Dieser Vorgang erfordert keine elektrische Energie und die Domänenwände bleiben auch ohne eine Energieversorgung in dem Streifen 52 gespeichert.
Die Anzahl der in dem Streifen 52 vorhandenen Domänenwände wird mit Hilfe des GMR- oder TMR-Effektes aus dem Streifen 52 des Sensorelements 50 ausgelesen. Aus dieser Anzahl der in dem Streifen 52 vorhandenen Domänenwände wird dann auf die Anzahl der Umdrehungen des Magneten 16 geschlossen.
Der Seilzuglängengeber 10 weist somit kein Getriebe oder dergleichen auf. Ebenfalls besitzt die Detektionseinrichtung 19 keine mechanische Kopplung mit den drehbar ausgebildeten Bauteilen des Seilzuglängengebers 10. Die Detektionseinrichtung 19 ist insoweit berührungslos ausgebildet.
Die drehbar ausgebildeten Bauteile des Seilzuglängengebers 10 können innerhalb eines Raumes untergebracht sein, der von der Detektionseinrichtung 19 abgetrennt ist. Zur magnetischen Kopplung des Magneten 16 und der Detektionseinrichtung 19 ist in diesem Fall, wie erläutert wurde, zumindest der Deckel 16 als nicht-magnetisches Bauteil ausgebildet.
Beispielsweise kann der Magnet 16 und die zugehörigen drehbar ausgebildeten Bauteile des Seilzuglängengebers 10 im Innenraum eines Zylinders untergebracht sein, der mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, während die Detektionseinrichtung 19 außerhalb des Zylinders angeordnet ist.
Bei dem Zylinder kann es sich beispielsweise um einen Arbeitszylinder oder dergleichen handeln. In diesem Fall kann das freie Ende des Seils 23 an einem in dem Arbeitszylinder verschiebbar untergebrachten Kolben befestigt sein. Insbesondere kann es sich um einen mit einer Flüssigkeit, vorzugsweise mit Öl gefüllten bzw. betreibbaren sogenannten Hydraulikzylinder handeln. Der Deckel 17 kann in diesem Fall flüssigkeitsdicht ausgebildet sein.
Bei dem Zylinder kann es sich ebenfalls beispielsweise um einen sogenannten Plungerzylinder handeln, insbesondere um einen einfachwirkenden, stoßenden Zylinder. In diesem Fall kann das freie Ende des Seils 23 an einer Kolbenstange des Zylinders befestigt sein.
Alternativ können alle Bauteile des Seilzuglängengebers 19 in einem gemeinsamen Raum vorhanden sein. In diesem Fall ist der Deckel 17 gegebenenfalls nicht erforderlich.
Zusätzlich zu dem erläuterten Umdrehungssensor ist in der Detektionseinrichtung 19 auch ein Winkelsensor enthalten, mit dem die Winkelstellung der Seiltrommel 14 bzw. des Magneten 16 erfassbar ist. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der Winkelsensor nicht zwingend vorhanden sein muss, sondern dass gegebenenfalls auch nur der Umdrehungssensor alleine vorhanden sein kann.
Die Detektionseinrichtung 19 und insbesondere auch der dort enthaltene Winkelsensor weist keine mechanische Kopplung mit den in dem Gehäuse 12 untergebrachten drehbar ausgebildeten Bauteilen des Seilzuglängengebers 10 auf. Der Winkelsensor weist auch kein Getriebe oder sonstigen mechanischen Wandler auf, mit dem/denen die Drehbewegung der Seiltrommel 14 bzw. des Magneten 16 in irgendeiner Weise in eine andere Drehbewegung umgesetzt werden würde.
Der Winkelsensor ist jedoch derart ausgebildet, dass er die jeweils aktuelle Winkelstellung des Magneten 16 erkennt. Der Winkelsensor erzeugt dabei eine dem Magneten 16 entsprechende Winkelstellung zwischen etwa 0 Grad und etwa 360 Grad.
Der Winkelsensor kann auf nahezu beliebige Art und Weise realisiert sein. Beispielsweise kann es sich bei dem Winkelsensor um einen sogenannten XMR-Sensor oder einen sogenannten Hall-Sensor handeln. Unter einem XMR-Sensor werden dabei alle Sensoren verstanden, die auf einem magnetoresistiven Effekt beruhen, also beispielsweise auf einem der bereits erwähnten GMR- oder TMR-Effekte oder auch auf dem sogenannten AMR-Effekt (AMR = anisotrop-magnetoresistiv).
Ebenfalls ist es möglich, dass es sich bei dem Winkelsensor um einen sonstigen elektromagnetischen Sensor handelt, der in der Lage ist, die Drehbewegung des Magneten 16 zu erfassen und daraus die Winkelstellung desselben zu ermitteln. Gegebenenfalls ist dem Winkelsensor nicht der Magnet 16 zugeordnet, sondern ein zusätzliches, in den 1a, 1b nicht dargestelltes Bauteil, das zusammen mit der Seiltrommel 14 und/oder dem Magneten 16 eine Drehbewegung um die Achse A ausführt.
Wenn die Detektionseinrichtung 19 den erläuterten Umdrehungssensor und den vorgenannten Winkelsensor enthält, dann ist es möglich, mit Hilfe des Seilzuglängengebers 10 die aktuelle Drehstellung der Seiltrommel 14 zu ermitteln. Hat der Umdrehungssensor aktuell beispielsweise drei Umdrehungen erfasst, und erzeugt der Winkelsensor eine aktuelle Winkelstellung von beispielsweise 150 Grad, so ergibt sich daraus eine Drehstellung der Seiltrommel 14 von insgesamt 3 × 360 Grad + 150 Grad = 1230 Grad.
Wenn man nunmehr davon ausgeht, dass das Seil 23 nur in einer einzigen Lage auf die Seiltrommel 14 aufgewickelt ist, und dass die Winkelstellung der Seiltrommel 14 ein Maß für die Abwicklung des Seils 23 von der Seiltrommel 14 darstellt, so kann aus der Winkelstellung der Seiltrommel 14 sowie aus dem Durchmesser der Seiltrommel 14 die Länge des abgewickelten Seils 23 ermittelt werden. Insgesamt ist somit mit dem Seilzuglängengeber 10 eine Längen- bzw. Wegmessung möglich.
Wird der Seilzuglängengeber 10 beispielsweise in dem bereits erwähnten Arbeitszylinder verwendet, und ist das freie Ende des Seils 23 an dem in dem Zylinder axial verschiebbar untergebrachten Kolben befestigt, so kann mit Hilfe des Seilzuglängengebers 10 die axiale Stellung des Kolbens innerhalb des Zylinders ermittelt werden.
Zusätzlich kann in der Detektionseinrichtung 19 ein Temperatursensor enthalten sein, mit dem insbesondere die Temperatur des Gehäuses 12 des Seilzuglängengebers 10 erfassbar ist. Es wird darauf hingewiesen, dass der Temperatursensor jedoch nicht zwingend erforderlich ist.
Wird der Seilzuglängengeber 10 beispielsweise im Zusammenhang mit dem bereits erwähnten Hydraulikzylinder verwendet, so entspricht die von dem Temperatursensor erfasste Temperatur im Wesentlichen der Temperatur des in dem Zylinder enthaltenen Öls. Bei einem derartigen Hydraulikzylinder verläuft das Seil 23 im Innenraum des Zylinders und damit ebenfalls in dem dort vorhandenen Öl. Weist das Öl im Betrieb des Zylinders beispielsweise eine erhöhte Temperatur auf, so kann dies eine wärmeabhängige Ausdehnung des Seils 23 zur Folge haben. Mit Hilfe der von dem Temperatursensor erfassten Temperatur kann diese Ausdehnung des Seils 23 ermittelt und bei der vorstehend erläuterten Bestimmung der axialen Stellung des Kolbens innerhalb des Hydraulikzylinders berücksichtigt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202006001807 U1 [0002, 0004]
DE 19724387 A1 [0005]
DE 10239904 A1 [0036, 0045]
DE 102004020149 A1 [0036, 0045]
DE 102008037975 A1 [0036, 0045, 0049]
DE 102008063226 A1 [0036, 0049]
DE 102010010893 A1 [0036, 0048]

Claims

Seilzuglängengeber (10) mit einer um eine Achse (A) drehbaren Seiltrommel (14), mit einem auf die Seiltrommel (14) auf- und abwickelbaren Seil (23), mit einem mit der Drehbewegung der Seiltrommel (14) gekoppelten Magneten (16), sowie mit einer dem Magneten (16) zugeordneten Detektionseinrichtung (19), dadurch gekennzeichnet, dass der Seilzuglängengeber (10) kein Getriebe aufweist, dass die Detektionseinrichtung (19) einen elektromagnetischen Umdrehungssensor aufweist, und dass der Umdrehungssensor zur Erfassung einer Anzahl von Umdrehungen des Magneten (16) vorgesehen ist.
Seilzuglängengeber (10) nach Anspruch 1, wobei der Magnet (16) eine bestimmte Anzahl von Umdrehungen ausführen kann, und wobei der Umdrehungssensor in der Lage ist, die einzelnen Umdrehungen dieser bestimmten Anzahl von Umdrehungen voneinander zu unterscheiden.
Seilzuglängengeber (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Umdrehungssensor einen Schichtaufbau aufweist, der ohne eine Energieversorgung dazu geeignet ist, in dem Umdrehungssensor eine Veränderung der Magnetisierung hervorzurufen, wenn der Magnet (16) an dem Umdrehungssensor vorbeibewegt wird.
Seilzuglängengeber (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Umdrehungssensor einen Streifen (52) oder eine Schleife aufweist, und wobei der Streifen (52) oder die Schleife einen Schichtaufbau aufweist, der aufeinanderfolgend mindestens eine weichmagnetische Schicht, eine unmagnetische Schicht und eine hartmagnetische Schicht enthält.
Seilzuglängengeber (10) nach Anspruch 4, wobei der sich drehende Magnet (16) eine Veränderung der Magnetisierung der weichmagnetischen Schicht, nicht jedoch der hartmagnetischen Schicht zur Folge hat.
Seilzuglängengeber (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erfassbare Anzahl von Umdrehungen mindestens zwei oder größer ist.
Seilzuglängengeber (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Detektionseinrichtung (19) einen Winkelsensor aufweist, und wobei der Winkelsensor zur Erfassung der Winkelstellung des Magneten (16) vorgesehen ist.
Seilzuglängengeber (10) nach Anspruch 7, wobei die erfassbare Winkelstellung zwischen etwa 0 Grad und etwa 360 Grad liegt.
Seilzuglängengeber (10) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei es sich bei dem Winkelsensor um einen sogenannten XMR-Sensor oder einen sogenannten Hall-Sensor handelt.
Seilzuglängengeber (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Detektionseinrichtung (19) einen Temperatursensor aufweist.
Arbeitszylinder mit einem axial verschiebbaren Kolben und/oder einer axial verschiebbaren Kolbenstange, gekennzeichnet durch einen Seilzuglängengeber (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das freie Ende des Seils (23) an dem Kolben und/oder der Kolbenstange befestigt ist.
Arbeitszylinder nach Anspruch 11, wobei die Seiltrommel (14), das Seil (23) und der Magnet (16) im Innenraum des Zylinders untergebracht sind, und wobei die Detektionseinrichtung (19) außerhalb des Zylinders angeordnet ist.
Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei zwischen dem Magneten (16) und der Detektionseinrichtung (19) ein Deckel (17) aus einem nicht-magnetischen Material vorhanden ist.