DE20116564U1

DE20116564U1 - Positionserfassungsvorrichtung

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Publication number: DE20116564U1
Application number: DE20116564U
Authority: DE
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2001-10-09
Filing date: 2001-10-09
Publication date: 2002-01-17
Anticipated expiration: 2011-10-10
Also published as: US6825656B2; US20030067297A1; KR20030030890A

Description

G 19753 - rethö 18. September 2001

FESTO AG & Co, 73734 Esslinqen Positionserfassungsvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Positionserfassungsvorrichtung zur Erfassung mehrerer Positionen eines entlang einer Führungsbahn bewegbaren Bauteils mittels einer an der Führungsbahn fixierbaren Sensoreinrichtung, die wenigstens ein sich entlang eines Teilbereichs der Führungsbahn erstreckendes erstes Positionssensorelement zur kontinuierlichen Positionserfassung besitzt.

Aus der DE 201 06 298 Ul ist eine derartige Positionserfassungsvorrichtung für einen pneumatischen Linearantrieb bekannt, bei dem entlang der beiden Endbereiche der Führungsbahn als Wegmeßsysteme ausgebildete Positionssensorelemente zur kontinuierlichen Positionserfassung in diesen Endbereichen angeordnet sind. Jedes Positionssensorelement besitzt einen als Schraubverbindungsanschluß ausgebildeten Sensorsignalanschluß zum Anschluß von entsprechenden Sensorkabeln. Durch die beiden Sensorkabel und gegebenenfalls weiteren Sensorkabeln bei weiteren Positionssensorelementen entlang der Führungsbahn ist eine aufwendige Installation erforderlich. Die Vielzahl der Sensorkabel erweist sich oft als störend, insbesondere bei sich bewegenden Vorrichtungen. Darüberhinaus

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kann ein Verwechseln von Sensorkabeln zu Störungen und Defekten führen.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Positionserfassungsvorrichtung zu schaffen, die nur ein Sensorkabel benötigt und bei einfacher, kostengünstiger und leicht montierbarer Ausführung mehrere Positionen erfassen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das erste Positionssensorelement über eine flexible Signalleiteranordnung mit wengistens einem zweiten Positionssensorelement fest verbunden ist, und dass eines der Sensorelemente einen Sensorsignalanschluß für die Signale aller Sensorelemente besitzt.

Die erfindungsgemäße Positionserfassungsvorrichtung hat den Vorteil, dass zum einen nur ein Sensorkabel für wenigstens zwei Positionssensorelemente erforderlich ist und dass diese Positionssensorelemente durch die sie verbindende flexible Signalleiteranordnung auf einfache Weise beliebig positionierbar und in ihrer Position veränderbar sind, ohne das elektrische Anschlüsse hergestellt oder verändert werden müßten. Dies führt zu einer sehr robusten und störungsunanfälligen Anordnung, die auf relativ einfache Weise auch feuchtigkeitsdicht ausgeführt werden kann.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Positionserfassungsvorrichtung möglich.

Der Sensorsignalanschluß ist zweckmäßigerweise als Steckoder Schraubverbindungsanschluß ausgebildet.

Das zweite Positionssensorelement kann ebenfalls als sich entlang eines Teilbereichs der Führungsbahn erstreckendes Positionssensorelement zur kontinuierlichen Positionserfassung ausgebildet sein, jedoch ist es häufig ausreichend, nur an einem Endbereich der Führungsbahn die aufwendigere Wegmessung durchzuführen, während am anderen Endbereich ein einfaches Positionsschalterelement zur Erfassung der Endpos.ition ausreichend ist. In Folge seiner größeren geometrischen Ausdehnung ist zweckmäßigerweise das erste Positionssensorelement mit dem Sensorsignalanschluß versehen, insbesondere dann, wenn das zweite Positionssensorelement als Positionsschalterelement ausgebildet ist.

Die Positionssensorelemente sind bevorzugt als magnetfeldempfindliche Elemente ausgebildet, während das bewegbare Bauteil ein Permanentmagnet ist oder einen solchen trägt. Dabei eignet sich als Positionsschalterelement vorzugsweise ein Reed-Schalter oder Hall-Schalter.

Zur Erleichterung der Installation und Leitungsführung besitzt die flexible Signalleiteranordnung in vorteilhafter

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Weise eine variable Längenausdehnung und ist insbesondere als Spiralkabel ausgebildet.

Zur Fixierung an der Führungsbahn sind die Positionssensorelemente zum Einschieben oder Einstecken in eine entlang der Führungsbahn verlaufende Nut ausgebildet, die vorzugsweise als T-Nut ausgebildet ist, wobei in diesem Falle die Positionssensorelemente einen daran angepassten T-förmigen Querschnitt besitzen. Auch diese Ausgestaltung trägt zur schnellen und einfachen Fixierung der Positionssensorelemente bei.

Die Positionserfassungsvorrichtung eignet sich insbesondere für einen Linearantrieb, der durch das bewegbare Bauteil und die Führungsbahn gebildet wird. Dabei ist das bewegbare Bauteil vorzugsweise als in einem Zylinder bewegbarer Kolben ausgebildet.

Zur Positionierung und Fixierung in den gewünschten Positionen besitzen die Positionssensorelemente Mittel zur variablen Fixierung an der Führungsbahn, die insbesondere als Feststellschrauben ausgebildet sind. Dies ermöglicht auch eine schnelle und einfache Umpositionierung.

In einem der beiden Positionselemente, vorzugsweise in dem mit dem Sensorsignalanschluß versehenen Positionssensorelement ist in vorteilhafter Weise eine Signalaufbereitungs- und/oder Signalauswertevorrichtung und/oder eine Busstation angeordnet.

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine Draufsicht auf eine an einem Arbeitszylinder angeordnete Positionserfassungsvorrichtung als Ausführungsbeispiel der Erfindung und

Figur 2 eine perspektivische Darstellung der aus zwei Positionssensorelementen bestehenden Positionserfassungsvorrichtung im ausgebauten Zustand.

Die in den Figuren 1 und 2 als Ausführungsbeispiel dargestellte Positionserfassungsvorrichtung besteht aus einem ersten Positionssensorelement 10, das sich über eine bestimmte Wegstrecke erstreckt und ein Wegmeßsystem zur kontinuierlichen Positionserfassung entlang dieser Wegstrecke enthält. Dieses erste Positionssensorelement 10 ist über eine flexible Signalleiteranordnung 11, die nach Art eines Spiralkabels ausgebildet ist, mit einem zweiten Positionssensorelement fest verbunden, das als Positionsschalterelement zur Erfassung einer bestimmten Position ausgebildet ist. Die beiden Positionssensorelemente 10, 12 sind dabei als magnetfeldsensitive Elemente zur Erfassung der Position eines vorbei bewegbaren Magneten, insbesondere Permanentmagneten ausgebildet. Beispielsweise ist das zweite Positionssensorelement als Reed-Schalter oder Hall-Schalter ausgebildet. Das als Wegmeßsystem ausgebildete erste Positionssensorelement 10

kann beispielsweise eine Reihe von Positionsschalterelementen enthalten oder es kann eine andere bekannte Art von Wegmeßsystemen enthalten, beispielsweise ein DGBi-Wegmeßsystem.

Das erste Positionssensorelement 10 weist einen Steckverbindungsanschluß 13 zur Aufnahme eines Steckers 14 eines Sensorkabels 15 auf, um die Sensorsignale der beiden Positionssensorelemente 10, 12 einer externen Steuerung, Regelung oder Anzeigevorrichtung zuzuführen. Hierzu werden die Sensorsignale des zweiten Positionssensorelements 12 über die flexible SignalIeiteranordnung 11 dem ersten Positionssensorelement zugeführt und dann zum Steckverbindungsanschluß 13 durchgeführt, der auch Anschlüsse für die Sensorsignale des ersten Positionssensorelements 10 enthält.

Alternativ hierzu kann im ersten Positionssensorelement 10 auch eine Busstation enthalten sein, an die die Signalleitungen beider Positionssensorelemente 10, 12 angeschlossen sind. In diesem Falle enthält das Sensorkabel 15 einen an diese Busstation anschließbaren Datenbus zur Übertragung der Sensorsignale .

Das erste Positionssensorelement 10 kann alternativ oder zusätzlich auch eine Signalaufbereitungs- und/oder Signalaus-Wertevorrichtung für die Sensorsignale enthalten, die ansonsten extern angeordnet wäre. Hierdurch können bereits aufbereitete bzw. auf eine bestimmte Norm gebrachte Sensorsignale über das Sensorkabel 15 übertragen werden, im Falle der An-

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Ordnung derartiger elektronischer Anordnungen im ersten Positionssensorelement 10 kann das Sensorkabel 15 noch zusätzlich die erforderliche Zuführung für die Betriebsspannung enthalten.

In einer alternativen Ausgestaltung kann das zweite Positionssensorelement 12 selbstverständlich ebenfalls anstelle eines Positionsschalters ein Wegmeßsystem enthalten. Weiterhin kann an das erste Positionssensorelement 10 und/oder an das zweite Positionssensorelement 12 noch ein weiteres Positionssensorelement oder weitere Positionssensorelemente über entsprechende flexible Signalleiteranordnungen 11 angeschlossen sein. Der Steckverbindungsanschluß 13 dient zur Übertragung sämtlicher Sensorsignale.

Der Steckverbindungsanschluß 13 kann auch als Schraubverbindungsanschluß oder sonstiger Anschluß zur galvanischen Verbindung der Sensorleitungen mit dem Sensorkabel 15 ausgebildet sein. Alternativ kann auch ein drahtloser Sensorsignalanschluß vorgesehen sein, über den die Sensorsignale aller Positionssensorelemente drahtlos an eine externe Empfangsstation übertragen werden, beispielsweise durch Licht- bzw. Infrarotübertragung, Funkübertragung oder dergleichen.

In Figur 1 ist ein fluidbetätigter Linearantrieb 16 dargestellt, der ein längliches Gehäuse mit einem rohrförmigen Mittelteil 17 und zwei stirnseitig an dem Mittelteil 17 angeordneten Gehäusedeckeln 18, 19 aufweist.

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Im Innern des rohrförmigen Mittelteils 17 ist ein mit einer Kolbenstange 2 0 verbundener Kolben 21 axial verschiebbar geführt. Die fluidischen Zuleitungen zur Betätigung des Kolbens 21 sind zur Vereinfachung nicht dargestellt. Insgesamt kann es sich bei dem Linearantrieb 16 um einen ein- oder doppeltwirkenden Arbeitszylinder handeln.

Das rohrförmige Mittelteil 17 gibt die Führungsbahn für den als bewegbares Bauteil ausgebildeten Kolben 21 vor. Dieses rohrförmige Mittelteil 17 besitzt in der Längsrichtung verlaufend eine radial nach außen offene T-Nut 22, die sich auch in Verlängerung über die Gehäusedeckel 18, 19 erstreckt. In diese T-Nut 22 können die beiden Positionssensorelemente 10, 12, die einen entsprechenden Querschnitt besitzen von der einen oder anderen Seite her eingeschoben werden. Zur Fixierung dienen jeweils Feststellschrauben 23, wobei prinzipiell auch andere bekannte Festellmittel eingesetzt werden können. Die flexible und sich in ihrer Länge anpassende Signalleiteranordnung 11 legt sich dabei in die T-Nut 22 und verbleibt dort in Folge ihrer Ausbildung als Spiralkabel auch bei sich veränderndem Abstand zwischen den beiden Positionssensorelementen 10, 12.

An Stelle einer T-Nut 22 können auch andere für derartige Zwecke bekannte Nutformen treten, beispielsweise keilförmige oder schwalbenschwanzartige Querschnitte, die eine radiale Bewegung der Positionssensorelemente 10, 12 nach außen verhindern .

Der Kolben 21 weist einen nicht dargestellten Permanentmagneten auf, der jeweils im Wirkungsbereich der Positionselemente 10, 12 in diesen die entsprechenden Positionssensorsignale erzeugt. Wenn die Positionssensorelemente 10, 12 beispielsweise Magnetspulenanordnungen enthalten, so kann der Kolben 21 zur Erzeugung der Sensorsignale auch ein ferromagnetisch.es Element aufweisen oder ferromagnetisch aufgebildet sein.

Claims

1. Positionserfassungsvorrichtung zur Erfassung mehrerer Positionen eines entlang einer Führungsbahn bewegbaren Bauteils mittels einer an der Führungsbahn fixierbaren Sensoreinrichtung, die wenigstens ein sich entlang eines Teilbereichs der Führungsbahn erstreckendes erstes Positionssensorelement zur kontinuierlichen Positionserfassung besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Positionssensorelement (10) über eine flexible Signalleiteranordnung (11) mit wenigsten einem zweiten Positionssensorelement (12) fest verbunden ist, und dass eines der Positionssensorelemente (10) einen Sensorsignalanschluß (13) für die Signale aller Positionssensorelemente (10, 12) besitzt.

2. Positionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorsignalanschluß (13) als Steck- oder Schraubverbindungsanschluß ausgebildet ist.

3. Positionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Positionssensorelement (12) als Positionsschalterelement oder ebenfalls als sich entlang eines Teilbereichs der Führungsbahn erstreckendes Positionssensorelement zur kontinuierlichen Positionserfassung ausgebildet ist.

4. Positionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Positionssensorelement (10) mit dem Sensorsignalanschluß (13) versehen ist und dass das zweite Positionssensorelement (12) als Positionsschalterelement ausgebildet ist.

5. Positionserfassungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionssensorelemente (10, 12) als magnetfeldsensitive Elemente ausgebildet sind und das bewegbare Bauteil (21) ein Permanentmagnet ist oder einen solchen trägt.

6. Positionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das als Positionsschalterelement ausgebildete zweite Positionssensorelement (12) als Reed- oder Hall-Schalter ausgebildet ist.

7. Positionserfassungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Signalleiteranordnung (11) eine variable Längenausdehnung besitzt und insbesondere als Spiralkabel ausgebildet ist.

8. Positionserfassungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionssensorelemente (10, 12) zum Einschieben oder Einstecken in eine entlang der Führungsbahn verlaufende Nut (22) ausgebildet sind.

9. Positionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (22) als T-Nut ausgebildet ist und die Positionssensorelemente (10, 12) einen daran angepassten T-förmigen Querschnitt besitzen.

10. Positionserfassungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegbare Bauteil (21) und die Führungsbahn einen Linearantrieb (16) bilden.

11. Positionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegbare Bauteil (21) als in einem Zylinder (17) bewegbarer Kolben ausgebildet ist.

12. Positionserfassungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionssensorelemente (10, 12) Mittel zur variablen Fixierung an der Führungsbahn besitzen, die insbesondere als Feststellschrauben (23) ausgebildet sind.

13. Positionserfassungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem der Positionssensorelemente (10,) eine Signalaufbereitungs- und/oder Signalauswertevorrichtung und/oder eine Busstation angeordnet ist.