DE19956307C1 - Potentiometer - Google Patents

Abstract

Um bei einem Potentiometer, insbesondere zur Erfassung der Kolbenposition innerhalb eines Druckmittelzylinders 1, bestehend aus einem geraden langgestreckten Statorelement 6, das mit mindestens einer Widerstandsbahn versehen ist, entlang der ein Schleiferelement 10 derart hin- und herbewegbar ist, daß unterschiedliche Relativpositionen zwischen dem Statorelement 6 und dem Schleiferelement 10 durch entsprechend unterschiedliche Widerstandswerte zum Ausdruck kommen, einen Verschleiß der Widerstandsbahn durch Stoßimpulse zu vermeiden, ist vorgesehen, daß ein mit dem bewegbaren Schleiferelement 10 verbundenes und eine definierte Relativbewegung zwischen dem Statorelement 6 und dem Schleiferelement 10 zulassendes Mittel 11 zur mechanischen Entkopplung angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Potentiometer, insbesondere zur Erfassung der Kolbenposition innerhalb eines Druckmittelzylinders, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Potentiometer lassen sich nach ihrer Betätigungsbewegung in drehbare und schiebbare Potentiometer unterteilen. Die Erfindung bezieht sich auf die Gruppe der schiebbaren Potentiometer, welche in der Regel aus einem geraden langen Statorelement mit mindestens einer darauf angeordneten Widerstandsbahn sowie einem Schleiferelement bestehen, das durch Schiebebewegungen auf der Schleiferbahn hin und her bewegbar ist. Dabei nimmt das Schleiferelement relativ zur Widerstandsbahn unterschiedliche Positionen ein. Am Potentiometer sind mindestens zwei elektrische Anschlüsse vorgesehen, von denen ein Anschluß direkt mit dem Schleiferelement und der andere Anschluß beispielsweise mit einem Ende der Widerstandsbahn verbunden ist. Über die beiden elektrischen Anschlüsse sind entsprechend der Stellung des Schleiferelementes auf der Widerstandsbahn unterschiedlich große Widerstandswerte abgreifbar, die im funktionalen Zusammenhang mit der wirksamen stromdurchflossenen Länge der Widerstandsbahn stehen. Die Widerstandsbahn kann vorzugsweise eine logarithmische oder eine lineare Skalierung besitzen. Bei der vorliegenden Erfindung wird der linearen Skalierung der Vorzug gegeben.

Als Einsatzgebiet eines derartigen Potentiometers geht aus der EP 0 177 693 B1 ein druckmittelbetriebener Positionierzylinder hervor. Der Positionierzylinder besteht aus einem doppeltwirkenden Druckmittelzylinder, in dem ein mit einer Kolbenstange verbundener Kolben durch Druckmittel hin und her bewegbar ist. Die Bewegung wird durch eine mit Druckmittelanschlüsse des Positionierzylinders verbundene Ventilanordnung gesteuert. Die Ventilanordnung ist dabei von einer Elektronikeinheit derart geregelt ansteuerbar, daß eine vorgebbare Soll-Position des Kolbens über eine Messung der aktuellen Ist-Position des Kolbens und anschließendem Ausgleich der Soll-Ist-Differenz durch eine entsprechende Druckmittelbeaufschlagung eingenommen wird. Zur Messung der aktuellen Ist-Position des Kolbens ist ein im Inneren des Druckmittelzylinders integriertes Potentiometer der eingangs beschriebenen Art vorgesehen.

Das Potentiometer ist mit seinem rohrförmigen Statorelement koaxial auf einer Stirnseitenfläche am Soden des Druckmittelzylinders befestigt. Dabei ragt das Statorelement in das Innere des Druckmittelzylinders hinein. Die Kolbenstange ist hohlzylinderartig ausgebildet, so daß das Statorelement sich teleskopartig in die hohlzylinderartige Kolbenstange einschieben läßt. Ein Schleiferelement ist wiederum ortsfest gegenüber der hohlzylinderartigen Kolbenstange angeordnet und erstreckt sich zum Abgriff der Widerstandswerte in das rohrförmige Statorelement hinein. Innerhalb des rohrförmigen Statorelementes ist die Widerstandsbahn vorgesehen. Schleiferkontakte des Schleiferelementes werden durch diese Anordnung in Bewegungsrichtung des Kolbens an der Widerstandsbahn entlangbewegt. Dabei wirkt das Statorelement mit dem Schleiferelement ebenfalls teleskopartig zusammen. Durch die Änderung der Lage des Abgriffpunktes auf der Widerstandsbahn wird eins Änderung des Widerstandswertes erzielt. Dieser wird einer Elektronikeinheit zugeführt, welche der jeweiligen Kolbenstellung entsprechende Signale zur Ansteuerung der Ventilanordnung des Positionierzylinders abgibt.

Bei dem Potentiometer tritt, insbesondere in Verbindung mit dem Einsatz bei einem Positionierzylinder das Problem auf, daß oszillierende kurze Stoßimpulse, die von der anzutreibenden Baueinheit verursacht werden, erhöhten Verschleiß der Widerstandsbahn verursachen. Wenn beispielsweise an der Kolbenstange eines Positionierzylinders derartige Stoßimpulse auftreten, so bewegt sich die Kolbenstange in Richtung des Stoßes, da die Druckluft auf der entsprechenden Kolbenseite komprimiert wird. Anschließend schwingt die Kolbenstange in ihre Ausgangslage zurück. Treten diese oszillierenden Stoßimpulse wiederholt bei einem konstanten Zylinderhub auf, so unterliegt die Widerstandsbahn des Statorelementes einem hohen Verschleiß, weil das Schleiferelement auf der Widerstandsbahn in einem sehr kleinen Bereich hin und her bewegt wird. Als Folge kann die Widerstandsbahn zerstört weren, so daß der Druckmittelzylinder gänzlich ausfällt.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Potentiometer dahingehend weiterzuverbessern, daß das Potentiometer unempfindlich gegen oszillierende Stoßimpulse ist.

Die Aufgabe wird ausgehend von einem Potentiometer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, daß bei einem Potentiometer ein mit dem bewegbaren Schleiferelement verbundenes und eine definierte Relativbewegung zwischen dem Statorelement und dem Schleiferelement zulassendes Mittel zur mechanischen Entkopplung vorgesehen ist, um einen Verschleiß der Widerstandsbahn des Statorelementes durch entlang der Bewegungsstrecke wirkende Stoßimpulse zu vermeiden.

Ein Vorteil des Mittels zur mechanischen Entkopplung besteht darin, daß die Stoßimpulse als Ursache nicht beseitigt werden brauchen. Hierfür sind gewöhnlich weit aufwendigere Maßnahmen erforderlich. Die Erfindung bezieht sich auf eine Bekämpfung der schädigenden Wirkung der Stoßimpulse auf die Widerstandsbahn. Somit wird mit relativ einfachen Maßnahmen ein vorzeitiger Verschleiß des Potentiometers verhindert.

Eine die Erfindung verbessernde Maßnahme besteht darin, daß das Mittel zur mechanischen Entkopplung konkret aus einer innerhalb einer Hülse mit einem bestimmten beidseitigen Spiel hin und her bewegbaren Gleitbuchse besteht, wobei die Hülse mit dem Schleiferelement und die Gleitbuchse mit einem äußeren Betätigungselement - beispielsweise einer Kolbenstange - verbünden ist. Diese Hülsen-Buchsen-Anordnung gewährleistet eine einfache Herstellung der Entkopplungsmittel.

Vorzugsweise ist eine mit dem Betätigungselement zusammenwirkende Justierschraube vorgesehen, die zur Einstellung der Nullpunktlage des Potentiometers dient. Damit ist das Spielmaß variierbar, um die Mittel zur mechanischen Entkopplung flexibel an verschiedene Einsatzfälle unterschiedlicher Stoßimpulsamplitudenmaximalwerte anpassen zu können.

Es ist von Vorteil, wenn im Austrittsbereich des Schleiferelementes aus einem rohrförmig ausgebildeten Statorelement eine hieran befestigte Bremsbelaganordnung vorgesehen ist, die bremsend auf das Schleiferelement einwirkt. Die am Schleiferelement anliegenden Bremsbeläge haben die Aufgabe, eine definierte Reibkraft zu erzeugen, damit das Schleiferelement bei Stoßimpulsen keine selbständigen Bewegungen ausführt, die durch das beidseitige Spiel innerhalb der Hülse möglich sind.

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben bzw. werden nachstehend gemeinsam in der Beschreibung eines exemplarischen Ausführungsbeispiels anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Positionierzylinders mit angeflanschter Ventilanordnung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Positionierzylinder nach Fig. 1 und

Fig. 3 eine Detailansicht im Bereich des Mittels zur mechanischen Entkopplung des Potentiometers aus Fig. 2.

Gemäß Fig. 1 ist ein Druckmittelzylinder 1 eines Positionierzylinders mit einer angeflanschten Ventilanordnung 2 ausgestattet. Die Ventilanordnung 2 besteht aus vier schnellschaltenden 2/2-Wegeventilen, die paarweise zur Be-/Entlüftung zweier innerhalb des Druckmittelzylinders befindlicher Druckkammern dienen. Am Druckmittelzylinder 1 sind Befestigungselemente 3a und 3b zur Befestigung des Druckmittelzylinders 1 am Einsatzort angebracht. Eine Kolbenstange 4 ist stirnflächenseitig abgedichtet aus dem Druckmittelzylinder 1 herausgeführt. An der Kolbenstange 4 ist eine linear zu bewegende nicht dargestellte Baugruppe ankoppelbar.

Innerhalb der hohlzylinderartig ausgebildeten Kolbenstange 4 ragt nach Fig. 2 ein Potentiometer 5 hinein. Das Potentiometer 5 besteht aus einem langgestreckten rohrförmigen Statorelement 6. Das Statorelement 6 ist koaxial am Gehäuseboden 7 des Druckmittelzylinders 1 befestigt. Das Statorelement 6 ragt dabei in das Innere des Druckmittelzylinders 1 hinein und ist im Gehäuseboden 7 über eine Schraube 8 gehalten. Das in die hohlzylinderartige Kolbenstange 4 vom Bereich eines hieran befestigten Kolbens 9 eindringende Statorelement 6 wirkt mit einem Schleiferelement 10, das im wesentlichen ortsfest zur Kolbenstange 4 angeordnet ist, teleskopartig ineinanderschiebend zusammen. Über diese Anordnung ist die Position des Kolbens 9 innerhalb des Druckmittelzylinders 1 und damit auch die Positionierung der Kolbenstange 4 über verschiedene vom Potentiometer 5 abgreifbare Widerstandswerte bestimmbar. Um den Verschleiß einer im Statorelement angeordneten Widerstandsbahn durch Einwirkung des Schleiferelementes 10 bei Stoßbelastung zu vermeiden, ist ein Mittel 11 zur mechanischen Entkopplung von zwischen der Kolbenstange 4 und dem Startorelement 6 auftretenden Stoßimpulsen vorgesehen.

Die Funktion des Positionierzylinders wird im wesentlichen über nicht dargestellte elektronische Mittel bewirkt. Eine externe Elektronikeinheit vergleicht eine vorgegebene Soll-Positionierung der Kolbenstange mit der aktuellen Ist-Position, die über den widerstandsbeeinflußten Spannungswert des Potentiometers abgenommen wird. Bei einer Abweichung steuert ein Regler entsprechend einer den Ausgleich herbeiführenden Bewegungsrichtung die Ventilanordnung 2 an. Die Ventile der Ventilanordnung 2 belüften bzw. entlüften die beidseitig des Kolbens angeordneten Druckkammern des Positionierzylinders, bis sich die Kolbenstange 4 in die gewünschte Richtung bewegt. Sobald die gemessene Ist-Position die vorgegebene Soll-Position erreicht hat, beendet der Regler den Positioniervorgang.

Das Detail X nach Fig. 3 zeigt einen exemplarischen Aufbau der Mittel zur mechanischen Entkopplung. Innerhalb einer Hülse 12 ist eine mit einem zweiseitigen Spiel a, b hin und her bewegbare Gleitbuchse 13 vorgesehen. Die Hülse 12 ist mit dem Schleiferelement 10 über eine Zwischenbuchse 14 verbunden. Die Verbindung zwischen der Hülse 12, der Zwischenbuchse 14 sowie des Schleiferelementes 10 wird über einen Spannstift 15 hergestellt. Die Gleitbuchse 13 ist ebenfalls mittels eines Spannstiftes 18 an eine Justierschraube 17 angebunden. Die Justierschraube 17 stellt die Verbindung zur Kolbenstange 4 her und dient der Einstellung der Nullpunktlage des Potentiometers. Die Hülse 12 ist topfförmig ausgebildet, wobei die Justierschraube 17 über einen koaxial im Bodenbereich der topfförmigen Hülse 12 befindlichen Durchbruch in das Innere der Hülse 12 bewegbar hineinragt. Die offene Seite der topfförmigen Hülse 12 ist über die vorstehend beschriebene Zwischenbuchse 14 verschlossen. Im Austrittsbereich des Schleiferelementes 10 aus dem rohrförmig ausgebildeten Statorelement 6 ist eine aus zwei Bremsbelägen 18a, 18b bestehende Bremsbelagsanordnung vorgesehen. Die Bremsbelaganordnung wirkt bremsend auf das Schleiferelement 10 zur Vermeidung einer selbständigen Bewegung, die ansonsten durch das Spiel a und b möglich wäre. Die Bremsbeläge 18a und 18b sind mit einem in einer äußeren Nut eingesetzten elastischen O-Ring 19 zur Bremskrafterzeugung zusammengehalten.

Durch einen impulsartigen Stoß in Längsrichtung der Kolbenstange 4 bewegt sich diese in Richtung des Stoßes und schwingt anschließend aufgrund der Druckmittelwirkung im Druckmittelzylinder 1 in ihre Ausgangslage zurück. Die mit der Kolbenstange 4 verbundene Justierschraube 17 überträgt die Bewegung auf die Gleitbuchse 13. Ist diese durch den Stoß hervorgerufene Bewegung kleiner als das Spielmaß a zwischen der Gleitbuchse 13 und der Zwischenbuchse 14, so verharrt das Schleiferelement 10 in seiner Position. Das Schleiferelement 10 und das Statorelement 6 führen also keine Relativbewegung zueinander aus, wodurch kein Verschleiß an der Widerstandsbahn des Statorelementes 6 auftreten kann. In analoger Weise wird das Spielmaß b ausgenutzt.

Die Erfindung beschränkt sich nicht allein auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Variationen denkbar, die auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausbildungen ebenfalls von der Erfindung Gebrauch machen. Insbesondere beschränkt sich die Erfindung nicht allein auf die Anwendung bei Positionierzylindern.

Bezugszeichenliste

1

Druckmittelzylinder

2

Ventilanordnung

3

Befestigungselement

4

Kolbenstange

5

Potentiometer

6

Statorelement

7

Gehäuseboden

8

Schraube

9

Kolben

10

Schleiferelement

11

Mittel zur Entkopplung

12

Hülse

13

Gleitbuchse

14

Zwischenbuchse

15

Spannstift

16

Spannstift

17

Justierschraube

18

Bremsbelag

19

O-Ring

Claims (13)

1. Potentiometer, insbesondere zur Erfassung der Kolbenposition innerhalb eines Druckmittelzylinders (1), bestehend aus einem geraden langgestreckten Statorelement (6), das mit mindestens einer Widerstandsbahn versehenen ist, entlang der ein Schleiferelement (10)derart hin und her bewegbar ist, daß unterschiedliche Relativpositionen zwischen dem Statorelement (6) und dem Schleiferelement (10) durch entsprechend unterschiedliche Widerstandswerte zum Ausdruck kommen, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem bewegbaren Schleiferelement (10) verbundenes und eine definierte Relativbewegung zwischen dem Statorelement (6) und dem Schleiferelement (10) zulassendes Mittel (11) zur mechanischen Entkopplung vorgesehen ist, um einen Verschleiß der Widerstandsbahn des Statorelementes (6) durch entlang der Bewegungsstrecke wirkende Stoßimpulse zu vermeiden.

2. Potentiometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur mechanischen Entkopplung im wesentlichen aus einer innerhalb einer Hülse (12) mit einem bestimmten beidseitigen Spiel (a, b) hin und her bewegbaren Gleitbuchse (13) besteht, wobei die Hülse (12) mit dem Schleiferelement (10) und die Gleitbuchse (13) mit einem äußeren Betätigungselement verbunden ist.

3. Potentiometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit dem äußeren Betätigungselement zusammenwirkende Justierschraube (17) zur Einstellung der Nullpunktlage vorgesehen ist.

4. Potentiometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung der Hülse (12) zum Schleiferelement (10) über eine Zwischenbuchse (14) mittels eines Spannstiftes (15) erfolgt.

5. Potentiometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung der Gleitbuchse (13) zum Betätigungselement mittels eines der Spannstiftes (16) erfolgt.

6. Potentiometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (12) topfförmig ausgebildet ist, wobei das Betätigungselement über einen koaxial im Bodenbereich der topfförmigen Hülse (12) befindlichen Durchbruch in das Innere der Hülse (12) bewegbar hineinragt, wobei ferner die offene Seite der topfförmigen Hülse (12) über die Zwischenbuchse (14) verschlossen ist.

7. Potentiometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gerade langgestreckte Statorelement (6) rohrförmig ausgebildet ist, wobei die Widerstandsbahn innerhalb des Statorelements (6) verläuft und das Schleiferelement (10) in das rohrförmige Statorelement (6) teleskopartig ineinanderschiebbar eingreift.

8. Potentiometer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Austrittsbereich des Schleiferelements (10) aus dem rohrförmigen Statorelement (6) eine hieran befestigte Bremsbelagsanordnung vorgesehen ist, die bremsend auf das Schleiferelement (10) einwirkt.

9. Potentiometer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsbelagsanordnung aus mindestens zwei separaten Bremsbelägen (18a, 18b) besteht.

10. Potentiometer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsbeläge (18a, 18b) mit einem in einer äußeren Nut eingesetzten elastischen O-Ring (19) zur Bremskrafterzeugung zusammenwirken.

11. Positionierzylinder mit einem doppeltwirkenden Druckmittelzylinder (1), in dem sich ein gegenüber der Innenwandung abgedichteter und durch Druckmittelbeaufschlagung hin und her bewegbarer Kolben (9) befindet, dessen Bewegung über eine koaxiale und abgedichtet aus dem Druckmittelzylinder (1) geführte Kolbenstange (4) übertragbar ist, wobei zur Druckmittelbeaufschlagung eine Ventilanordnung (2) vorgesehen ist, die von einer Elektronikeinheit derart geregelt ansteuerbar ist, daß eine vorgegebene Soll-Positionierung des Kolbens (9) über Messung der aktuellen Ist-Position mittels eines zwischen dem Kolben (9) und dem Druckmittelzylinder (1) innenliegend angeordneten Potentiometers (5) erfolgt, das nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet ist.

12. Positionierzylinder nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Statorelement (6) des Potentiometers (5) ortsfest gegenüber dem Druckmittelzylinder (1) koaxial am Gehäuseboden (7) derart befestigt ist, daß es in den Druckmittelzylinder (1) hineinragt, und daß das Schleiferelement (10) des Potentiometers (5) im wesentlichen ortsfest gegenüber dem Kolben (9) innerhalb der hohlzylinderartig ausgebildeten Kolbenstange (4) angeordnet ist.

13. Positionierzylinder nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement die Kolbenstange (4) ist.