DE202024000432U1 - Wegmesssystem für Hydraulikzylinder mit Temperaturüberwachung - Google Patents

Wegmesssystem für Hydraulikzylinder mit Temperaturüberwachung Download PDF

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Abstract

Wegmesssystem zur berührungslosen Erfassung der Positionen der Kolbenstange 19 eines Hydraulikzylinders 17 mit Hilfe eines induktiven Wegsensors 7, der sich in einer Längsbohrung der relativ zu ihm axial verstellbaren Kolbenstange 19 befindet, und eine, mit dem Wechselstrom beaufschlagbare Messspule 1 enthält, die in einer elektrisch leitenden Schirmgehäuse 3 gekapselt und ist zusammen mit ihm mit einer elektrisch leitenden Rohr 4 umfasst, das in Inneren der Längsbohrung der Kolbenstange 19 fest angeordnet ist, wobei die Messspule 1 einen komplexen Impedanz Zc ausweißt, deren Änderungen infolge der Positionsänderungen des Rohrs 4 und der Temperatur T in dem Arbeitsbereich des Hydraulikzylinders 17 mit einer Auswerteschaltung 5 in elektrische Spannung umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Wegmessystem zwei Kanäle 14 und 15 weist, wobei die Spannung an dem OUT 1 des Kanals 14 proportional zu Positionen der Kolbenstange 18 und die Spannung an dem OUT2 des Kanals 15 proportional zu der Temperatur T in der Arbeitsbereichs des Hydraulikzylinders 17 ist, wobei die Erfassung der Kolben Positionen durch Ermittlung der Imaginärteil Xc, und die Temperaturerfassung durch Ermitteln der Realteil Rc der Komplexen Impedanz Zc der Messspule 1 erfolgt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Wegmesssystem zum berührungslosen Erfassen von Positionen der Kolbenstange einer Kolben-Zylinder-Einheit mit Hilfe eines induktiven Wegsensors nach der im Obergriff des Anspruchs 1 näher abgegebenen Gattung.
  • Die Messsysteme für die Hydraulik werden im Allgemeinen eingesetzt, um die Leistung und Effizienz von Maschinen und Anlagen verschiedenen Anwendungen zu optimieren und deren Zustand zu überwachen.
  • Hintergrund der Erfindung
  • In vielen praktischen Anwendungen von hydraulischen Systemen ist es notwendig Informationen über die Temperatur in dem Arbeitsbereich eines Hydraulikzylinders zu haben, um die Effizienz ihres Betriebs zu gewährleisten. Temperaturen über 60 Grad C führen zu einer vorzeitigen Alterung der Dichtungen und der Flüssigkeit im Druckraum des Hydraulikzylinders. Um die Temperatur auf einem bestimmten Niveau zu halten, werden zum Beispiel Thermoschalter eingesetzt, die bei Bedarf das Kühl- oder Heizsystem einschalten. Die Temperatur kann entweder mit relativ einfachen Methoden gemessen werden, z. B. mit Thermometern oder mit speziellen Temperaturfühlern, die im Druckbereich des Hydraulikzylinders montiert und betrieben werden müssen. Daher wichtig ist ein Messsystem zu entwickeln, welches gleichzeitig Information über die Position der Kolbenstange des Hydraulikzylinders und die Temperatur in seinem Arbeitsbereich ohne zusätzliche Temperaturmessmittel liefert.
  • Es gibt eine große Vielfalt von Hydraulikzylindern, deren wichtigste Parameter der Innendurchmesser, der Kolbenhub und der Nenndruck im Arbeitsbereich des Hydraulikzylinders sind. Dementsprechend müssen die in ihnen verwendeten Messsysteme und Positionssensoren die Bedingungen für ihren Betrieb erfüllen, insbesondere in den Fällen, in denen sich der Sensor direkt im Arbeitsbereich des Hydraulikzylinders befindet und sein Messbereich dem Hub des Hydraulikzylinderkolbens entsprechen muss. In diesem Fall ist es wichtig, eine Reihe von induktiven Wegsensoren zu entwickeln, deren Konstruktion und elektrische Parameter eine einfache Anpassung an Zylinder mit unterschiedlichen Kolbenhubbereichen ermöglichen. Ein großer Teil der Hydraulikzylinder arbeitet unter erheblichen Überlastungen und häufig unter Einwirkung aggressiver Medien, was ebenfalls zu einem schnellen Verschleiß führt.
  • Die für die Herstellung des Gehäuses und insbesondere der Kolbenstange des Hydraulikzylinders verwendeten Materialien sind häufig wegen seiner Verschleißfestigkeit ein verchromter oder hartverchromter verwendet.
  • Hydraulikzylinder aus diesen Wirkstoffen weisen jedoch häufig eine so genannte Restmagnetisierung auf, die durch die Auswirkungen verschiedener Faktoren verursacht wird.
  • Die wichtigsten Faktoren sind externe Magnetfelder, Temperatur, mechanische Spannungen und chemische Umwandlungen in den Strukturelementen des Hydraulikzylinders.
  • Die Restmagnetisierung kann durch einen oder alle der oben genannten Faktoren verursacht werden, was den Einsatz von Sensoren, die auf Änderungen des äußeren Magnetfelds reagieren oder Bauteile enthalten, die durch die Einwirkung eines konstanten Magnetfelds magnetisiert werden können, schwierig und oft unmöglich macht.
  • Stand der Technik
  • Vom Aufbau her sind zwei Grundvarianten von Messsystemen möglich.
  • In einer ersten Ausführungsform ist der Wegsensor außerhalb des Zylindergehäuses angeordnet, wobei der Zylinderkolben ist mit dem beweglichen Sensorstab durch ein spezielles Drehgelenk verbunden, das eine achsparallele Bewegung des Sensorstabs gleichzeitig mit der Bewegung des Zylinderkolbens ermöglicht.
  • Bei der zweiten Ausführungsform ist der Sensor ganz oder teilweise in die Zylinderstruktur integriert und bildet somit eine im Wesentlichen integrale Einheit mit ihr.
  • EP0462418 A1 beschreibt einen Nehmerzylinder mit einem linearen Wegsensor, der außerhalb des Zylinderkörpers angeordnet ist, wobei der Zylinderkolben mit einer Vorrichtung versehen ist, die eine mechanische Verbindung mit der Sensorsstange derart herstellt, dass eine gleichzeitige und streng parallele Bewegung der beiden unter Betriebsbedingungen gewährleistet ist. Der Sensorstab besteht aus zwei Teilen, wobei ein Teil des Stabes aus weichmagnetischem Material besteht und in eine mehrlagige Spule eingetaucht ist, deren Induktivität variiert.
  • Das Ausgangssignal dient als Maß für die Bestimmung der Position des Stößels des Hydraulikzylinders. Der Nachteil dieser Konstruktion ist die relative Komplexität des Aufbaus und die Notwendigkeit seiner Justierung um eine achsparallele Bewegung der Sensorstange zu gewährleisten.
  • In der DE 1574572 wird eine Vorrichtung beschrieben, bei der der Zylinderkörper an seiner Außenfläche von zwei aus einer Wechselstromquelle gespeisten Spulen umgeben ist, wobei die gegenseitige Induktivität zwischen den Spulen durch die Bewegung des Zylinderkolbens in der Nähe ihrer Position verändert wird. Die Änderung der gegenseitigen Induktivität der Spulen wird in elektrische Signale umgewandelt, die eine Schätzung der Position des Zylinderstempels ermöglichen.
  • Der Nachteil dieser Geräte ist ihre relativ große Größe und ihre nichtlineare Ausgangscharakteristik, so dass sie hauptsächlich zur Bestimmung der Endpositionen des Zylinderkolbens oder einer begrenzten Anzahl davon verwendet werden.
  • Aus EP10025443A1 ist ein Hydraulikzylinder für Vorrichtungen zur Steuerung der hydraulischen Kupplung eines Kraftfahrzeugs bekannt. Zu diesem Zweck ist der Zylinder mit einem System zur Erfassung der Position seines Stößels versehen, das mindestens zwei Hall-Elemente umfasst, die in einem separaten Gehäuse außerhalb des Zylinders auf dessen Oberfläche angeordnet sind, und auf der Endfläche des Stößels ist ein Permanentmagnet mit zylindrischer Form angeordnet, der vom Arbeitsvolumen des Zylinders isoliert ist. Wenn sich der Dauermagnet im Bereich der Hall-Elemente befindet, erzeugen diese Signale, die zur Erfassung der Position des Stößels des Hydraulikzylinders verwendet werden. Der Nachteil einer solchen Vorrichtung ist die geringe Störfestigkeit gegenüber dem Einfluss externer elektromagnetischer Felder.
  • In dem Buch von W.Cassing, Wolfram Stanek u.a. „Elektromagnetische Wandler und Sensoren". Expert Verlag, Band 219, beschreibt einige induktive Wegsensoren, die in gewissem Umfang zur Bestimmung der Position des Zylinderstempels eingesetzt werden. Dazu gehören insbesondere Sensoren vom Typ Differentialtransformator (LVDT), die ein Drei-Spulen-System oder Differenzialdrosseln mit nur zwei Spulen enthalten. Diese Sensoren werden in der Regel in Messgeräten mit kleinem Messbereich und entsprechend kurzem Zylindershub eingesetzt. Für größere Messbereiche werden die Sensoren vom Typ PLCD verwendet, die drei Spulen enthalten und einen langen Kern aus einer weichmagnetischen Legierung umschließen. Dabei eine der Spulen über den Messbereich verteilt ist und zwei kürzere Spulen an den Enden des Kerns angeordnet und mit der Wechselspannungsquelle verbunden sind. Als bewegliches Element wird ein Dauermagnet verwendet, dessen Längsausdehnung viel kleiner als der Messbereich ist und der direkt am Zylinderstößel befestigt ist.
  • Im Patent SW Nr. 509573 wird die Konstruktion eines Positionssensors offenbart, der eine Messwicklung enthält, die einen zylindrischen Kern aus einer weichmagnetischen Legierung umschließt und aus einem Draht mit niedrigem Temperatur-Widerstandskoeffizienten, z. B. aus Manganin, hergestellt, wodurch eine höhere Temperaturstabilität der Ausgangskennlinie des Sensors erreicht wird. Nachteilig ist die deutliche Abnahme der Empfindlichkeit des Sensors.
  • Aus dem Patent DE19738284A1 ist ein Hydraulikzylinder mit einer Vorrichtung zur Positionsmessung der Kolbenstange bekannt, wobei die Kolbenstange in Bewegungsrichtung in unterschiedlichen Schichtdicken mit einer nichtmagnetischen Auflage versehen ist, und mit einem Sensor die Schichtdicken gemessen werden. Den ermittelten Wert für die Schichtdicke einer Auswerteelektronik zugeführt wird und diese den Ermittelten Schichtdickenwert zu einem Positionswert der Kolbenstange auswertet. Der Sensor ist nach einem induktiven Messverfahren arbeitet und den Übergang von einer Schichtdicke zur nächsten ermittelt, und einen Zählimpuls an eine Auswerteelektronik übermittelt. Nachteilig für bekannte Wegmesssysteme für Hydraulikzylinder ist, dass eine kontinuierliche Temperaturüberwachung im Arbeitsbereich des Hydraulikzylinders, ohne zusätzliche Mittel zur Temperaturerfassung nicht möglich ist. Dazu die begrenzten Möglichkeiten induktive Positionssensoren mit ferromagnetischen Komponenten, direkt in den Arbeitsbereich des Hydraulikzylinders zu integrieren, dessen Kolbenstange eine Restmagnetisierung aufweist.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde die Beseitigung einige Nachteile den bekannten Messsystemen und Erweiterung ihrer Funktionalität.
  • Das vorgegebene Ziel wird dadurch erreicht, dass das Wegmesssystem zum berührungslosen Erfassen von Positionen der Kolbenstange eines Hydraulikzylinders mit Hilfe eines induktiven Wegsensors, der eine, mit Wechselstrom beaufschlagbare Messspule enthält, dass Wegmessystem zwei Kanäle 14 und 15 weist, wobei die Spannung an dem OUT 1 des Kanals 14 proportional zu Positionen der Kolbenstange 18 und die Spannung an dem OUT2 des Kanals 15 proportional zu der Temperatur T in der Arbeitsbereichs des Hydraulikzylinders 17 ist, wobei die Erfassung der Kolben Positionen durch Ermittlung der Imaginärteil Xc, und die Temperaturerfassung durch Ermitteln der Realteil Rc der Komplexen Impedanz Zc der Messspule erfolgt. Messprinzip des induktiven Wegsensors basiert auf Grundlage sog. Doppelschirm-Effektes. Der Wegsensor befindet sich in einer Längsbohrung der relativ zu ihm axial verstellbaren Kolbenstange und enthält eine Messspule mit Kontakten für Anschluss zu dem Stromkreis eines Spannungs-Strom-Wandlers der Auswerteschaltung. In Folge wird eine lineare Umwandlung der Impedanzänderung Zc der Messspule in eine elektrische Spannung gewährleistet. Die Messspule umhüllt einen länglichen zylindrischen Körper in Form einen Stab oder Rohr. Der Körper könnte aus Kunststoff, Keramik oder Glass hergestellt werden. Es könnte auch ein Rohr aus Rostfreien Stahl, aber ohne magnetische Eigenschaften, benutzt werden. Die Messspule ist auf ihrer gesamten Länge von einem Schirmgehäuse in Form eines dünnwandigen Zylinders aus nichtmagnetischen Edelstahl umschließt. Das bewegliche Element des induktiven Wegsensors wird als Rohr aus elektrisch leitenden Material ausgeführt, das starr mit der Kolbenstange des Hydraulikzylinders verbunden ist und sich zusammen mit diesem berührungslos bezüglich der Schirmgehäuse des induktiven Wegsensors in axialer Richtung bewegt. Die elektrische Leitfähigkeit des Materials des beweglichen Rohrs, (vorzugsweise Aluminium), übersteigt deutlich die elektrische Leitfähigkeit des Materials des Schutzgehäuses, dessen Wandstärke in Abhängigkeit vom maximalen Druck im Arbeitsbereich des Hydraulikzylinders gewählt wird. Solche Konstruktive Aufbau des Wegsensors, ohne Benutzung irgendwelchen Komponenten mit magnetischen Eigenschafen, machen ihm unempfindlich für Wirkung Dauermagnetfeldes, die entsteht, beispielweise, in der Folge der Restmagnetisierung der Kolbenstange des Hydraulikzylinders. Außerdem haben die Autoren einen wichtigen Umstand aufgedeckt, der mit der Tatsache zusammenhängt, dass bei einer bestimmten Frequenz f opt. (nennen wir sie bedingt «optimal») des durch die Messspule fließenden Wechselstroms die Realteil Rc seiner komplexen Impedanzes Zc praktisch nicht von der Lage des elektrisch leitenden Rohrs abhängig. Ferner wurde festgestellt, dass die Imaginärteil Xc der komplexen Impedanzes Zc der Messspule bei der Frequenz f opt. des Wechselstroms, das durch die Messspule fließt, wenig von der Umgebungstemperatur T abhängig ist, wobei die Änderung der Xc infolge des Schirmeffektes der beweglichen Rohrs linear mit der Position der Kolbenstange ist.
  • Angesicht an der großen Vielfalt des Hydraulikzylinders mit verschieden Messlänge, bzw. Hubs der Kolbenstange, es ist zweckmäßig, bei gleichen Frequenz foppt und der Amplitude des Wechselstromes durch die Messspule die Gleichheit der Induktivitäten der Messspule des induktiven Wegsensors gewährleisten. Für diesen Zweck die Messspule wird einlagig über einen zylindrischen Körper mit gleichen Durchmesser für alle Messbereiche gewickelt, wobei der Querschnitt des Wickels Drahtes unterschiedlich ist.
  • Die folgende Beziehung kann verwendet werden, um die Induktivität der Messspule mit ausreichender Genauigkeit für die praktischen Anwendungen zu berechnen: L = K 1 ( D / d ) 2
    Figure DE202024000432U1_0001
    wobei 1 - die Wicklungslänge der Messspule,
    D - der Innendurchmesser der Messspule,
    d - der Durchmesser des Wicklungsdrahtes.
    K - Korrekturfaktor, der vom Verhältnis D / l abhängig und berücksichtigt auch Schirmeffekt der Schutzgehäuse an die Induktivität L der Messspule. Die Induktivität L der Messspule wird durch Abschirmung mit einem leitfähigen, nicht magnetischen Material der Schirmgehäuse um ca. 1,5-2 % verkleinert. Weitere Abschirmung mit dem Rohr; welche entlang der Messspule verschiebbar ist, führt zu weiteren Verkleinerung der Induktivität L der Messspule um ca. 25 -30 %.
  • Weiter wird gezeigt, dass eine Spannung, die zu der Imaginärteil Xc der Komplexen Impedanzen Zc der Messspule proportional ist, könnte direkt aus der Spannung an dem Ausgang des Spannungs-Strom-Wandlers ermittelt werden. Es wird erreicht durch Nutzung eines Blocks „Temperatureinstellung“, an dessen Ausgang eine Spannung gebildet wird, welche dem Spannungsabfall an der Realteil Rc der Messspule bei einer gegebenen Temperatur T im Arbeitsbereich des Hydraulikzylinders entspricht. Bei dem Addieren der am Ausgang des Spannungs-Strom-Wandlers gebildeten Spannung und der dazu inversen Spannung am Ausgang des Blocks „Temperatureinstellung“ wird am Ausgang des «Analogaddierers « eine Spannung gebildet, welche nur der Imaginärteil Xc der Impedanz Zc der Messspule entspricht. Es ist auch möglich ein Signal an dem einem Ausgang der Auswerteschaltung zu bilden, wenn die Temperatur im Arbeitsbereich des Hydraulikzylinders eine vorbestimmte Werte erreicht. Es wird erreicht, weil der Verstärkungsfaktor des Bloks „Temperatureinstellung“ steuerbar ist und die Spannung an dessen Ausgang könnte proportional zu beliebigen Temperaturwerten eingestellt werden. Es könnte positive, oder negative Temperaturen sein.
    Zur Berechnung der Realteil Rc des komplexen Impedanzes Zc der Messspule im Abhängigkeit zu einer Temperatur T in dem Arbeitsbereich des Hydraulikzylinders , könnte die folgende Beziehung verwendet werden: Rc ( T ) = Rco Kt ( 1 + α T )
    Figure DE202024000432U1_0002

    wobei
    α - Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstands des Wicklungsdrahtes,
    Rco-elektrische Widerstand des Wicklung Drahtes bei T=20 Grad C
    Kt - Korrekturfaktor, der von dem Grad der Abschirmung der Messspule durch die Schirmgehäuse abhängig. Wegen der Abschirmung der Messspule durch die leitfähigen zylindrischen Schirmgehäuse wird - die Realteil Rc des Impedanzes Zc der Messspule um ca., 2-2,5 % erhöht.
  • Zeichnung
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung eines Hydraulikzylinders mit einem Wegmesssystem,
    • 2: ein schematischer Aufbau eines induktiven Wegsensors,
    • 3 in einer schematischen Darstellung eine Auswerteschaltung einer erfindungsgemäßen Wegmesssystem.
  • 1 zeigt schematisch ein Längsschnitt durch einen einfachwirkenden Hydraulikzylinder 17 mit einem induktiven Wegsensor 7 zur Positionserfassung der Kolbenstange 19.
  • Ein Hydraulikzylinder 17 enthält ein Stahlgehäuse 18, in dem die Kolbenstange 19 sich bewegt. Die Kolbenstange 19 weist eine axiale Längsbohrung, in dem der Wegsensor 7 eingetaucht ist. In der Längsbohrung der Kolbenstange 19 ist eine Rohr 4 starr befestigt. Die Länge des Rohrs 4 dem Meßhub der Kolbenstange 19 entspricht. Das Wandstärke des Rohrs 4 ist so bestimmt, dass der Einfluss den leitenden Eigenschaften des Materials der Kolbenstange 19 eliminiert wird. Wegsensor 7 ist unter Verwendung geeigneten Dichtungen an der Stirnoberfläche der Stahlgehäuse 18 über einem Flansch 6 befestigt.
  • 2 zeigt das prinzipiellen Aufbau eines induktiven Wegsensor 7. Die Messspule 1 erzeugt ein elektromagnetisches Wechselfeld, und wird auf die ganze Länge mit einer Schirmgehäuse 3 in Form eines Rohrs abgedeckt. Die Messspule 1 wird um einen Länglichen zylindrischen Körper 2 umwickelt, welches aus Kunststoff, Keramik oder Glas hergestellt. Die Messspule 1 könnte auch um einen Körper 2 aus dünnwandigen nichtmagnetischen Stahl gewickelt werden. Von außen wird das Schirmgehäuse 3 mit einem Rohr 4 abgeschlossen, welches berührungslos in der axialen Richtung bewegt. Das Rohr 4 ist aus einem Material mit relativ hoher elektrischer Leitfähigkeit hergestellt, vorzugsweise aus Aluminium Legierungen. Das Schirmgehäuse 3 ist von der einer Seite mit einem Deckel dicht abgedeckt und von der anderer ist zu dem Flansch 6 zugeschweißt, mit welchem wird zu der Wandoberfläche eines Hydraulikzylinders 17 befestigt. Das Rohr 4 dient dabei wie ein zweites, aber bewegliches Schirm, was dazu führt, dass sich die Impedanz
    der Messspule 1 abhängig von der Position des Rohrs 4 ist. Diese Änderungen der Impedanzes der Messspule 1 werden mit einer Auswerteschaltung 5 bearbeitet und über einen Stecker 6 weitergeleitet. Die Messspule 1 weist zwei Kontakten k1 und k2 zur Anschluss an Auswerteschaltung 5.
  • 3 zeigt eine Auswerteschaltung 5 für den induktiven Wegsensor 7. Eine Messspule 1 den induktiven Wegsensors 7, zusammen mit dem Operationsverstärker 9 bildet einen Spannung -Strom-Wandler 12, wobei Messspule 1 mit seiner Kontakten k1 und k2 ist mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 9 und seinem invertierenden Eingang eingeschlossen. Der nicht invertierende Eingang des Verstärkers 9 ist mit dem Ausgang eines Sinusgenerators 8 verbunden.
  • Mit Hilfe eines stabilen Widerstand Ro wird die Amplitude der durch die Messspule 1 fließenden Wechselstroms eingestellt. Das Widerstand Ro ist zwischen dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 9 und der Spannungsquelle REF, z. B. 2,5 Volt, angeschlossen.
  • Die Auswerteschaltung 5 enthält einen Block 13 „Temperatureinstellung“ der aus einem Operationsverstärker 10 und einem digitales Potentiometer 16 besteht. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 10 des Blocks 13 ist mit dem Ausgang des Sinusgenerators 8 verbunden, Mit Hilfe des Digitales Potentiometers 16 mit dem in eine Reihe geschalteten Widerstand R2 könnte der Verstärkungsfaktor des Blocks 13 bestimmt werden. Der Ausgang des Blocks 13 ist über ein Widerstand R3 mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 11 verbunden. Die Spannung U2 ist um 180 Grad gegenüber der Spannung am Ausgang des Sinusgenerators 8 verschoben. Der Ausgang des Spannung-Strom-Wandlers 12 ist gleichzeitlich über Widerstand R4 mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers 11 verbunden.
  • Die Spannung U2 am Ausgang des Spannungs-Strom-Wandlers 12 ergibt sich aus der Beziehung: U 2 = Uin ( 1 + Zc / Ro ) = Uin ( 1 + Rc / Ro + Xc / Ro )
    Figure DE202024000432U1_0003
  • Wenn eine Spannung U3 am Ausgang des Blocks 13 gleich mit dem Spannungsabfall an der resistive Komponente Rc des Impedanzes Zc der Messspule 1 eingestellt wird : U 3 = Uin ( R 2 + Rdp . ) / R 1 = Uin ( 1 + Rc / Ro )
    Figure DE202024000432U1_0004
    danach, nach Addieren U2 und U3 mit Hilfe eines Operationsverstärkers 11, an dessen Ausgang wird eine Spannung gebildet, die nur der Imaginärteil Xc der komplexen Impedanzes Zc der Messspule 1 entspricht. Es ist zu beachten, dass es stimmt nur für einen bestimmten Temperatur, z,b, 20 Grad C, und unter einer Voraussetzung, dass die Realteil Rc des Impedanzes Zc der Messspule 1 unabhängig von der Position des Rohrs 4 ist. Letzteres ist, wie bereits beschrieben, durch die Wahl der Frequenz foppt des durch die Messspule 1 des induktiven Wegsensors 7 fliesendes Stromes erreicht. Mit Hilfe eines Digitalen Potentiometers 16 kann die Spannung U2 am Ausgang des Blocks 13 „Temperatureinstellung“ gleich dem Spannungsabfall an der Realteil Rc des Impedanzes Zc der Messspule 1, für eine beliebige Temperatur T im Arbeitsbereich des Hydraulikzylinders eingestellt werden. Es könnte positive oder negative Temperaturen sein.
  • Der Ausgang des Operationsverstärkers 11 ist an zwei identischen Kanäle geteilt, die jeweils ein Synchrondemodulator, ein Tiefpassfilter und ein Endverstärker erhalten (an der 3 nicht gezeigt sind). Dabei wird der Synchrondemodulator des Kanals 14 von einem Signal gesteuert, das gegenüber dem Signal am Ausgang des Sinusgenerators 8 um 90 Grad in der Phase verschoben ist, und der Synchrondemodulator des zweiten Kanals 15 wird von einem Signal gesteuert, das mit diesem in der Phase übereinstimmt. Die Spannung an dem Ausgang des Kanal 14 proportional zur Positionen der Kolbenstange 19 ist und die Spannung am Ausgang des Kanals 15 dient zur Ermittlung der Temperatur T in dem Arbeitsbereich des Hydraulikzylinders 17.
  • Die Ausgänge OUT.1 und OUT2 des Messsystems könnten, beispielweise, einem digitalem oder analogen Anzeigeinstrument oder einer SPS-Steuerung zugeführt werden. Es ist klar, dass das oben beschriebene Messsystem könnte bei mehreren anderen Anwendungen benutzt werden, z.b. Prüfmaschinen, Pressen, verschiedene Art von Linearantriebes usw.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 0462418 A1 [0012]
    • DE 1574572 [0014]
    • EP 10025443 A1 [0016]
    • DE 19738284 A1 [0019]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • W.Cassing, Wolfram Stanek u.a. „Elektromagnetische Wandler und Sensoren“. Expert Verlag, Band 219 [0017]

Claims (7)

  1. Wegmesssystem zur berührungslosen Erfassung der Positionen der Kolbenstange 19 eines Hydraulikzylinders 17 mit Hilfe eines induktiven Wegsensors 7, der sich in einer Längsbohrung der relativ zu ihm axial verstellbaren Kolbenstange 19 befindet, und eine, mit dem Wechselstrom beaufschlagbare Messspule 1 enthält, die in einer elektrisch leitenden Schirmgehäuse 3 gekapselt und ist zusammen mit ihm mit einer elektrisch leitenden Rohr 4 umfasst, das in Inneren der Längsbohrung der Kolbenstange 19 fest angeordnet ist, wobei die Messspule 1 einen komplexen Impedanz Zc ausweißt, deren Änderungen infolge der Positionsänderungen des Rohrs 4 und der Temperatur T in dem Arbeitsbereich des Hydraulikzylinders 17 mit einer Auswerteschaltung 5 in elektrische Spannung umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Wegmessystem zwei Kanäle 14 und 15 weist, wobei die Spannung an dem OUT 1 des Kanals 14 proportional zu Positionen der Kolbenstange 18 und die Spannung an dem OUT2 des Kanals 15 proportional zu der Temperatur T in der Arbeitsbereichs des Hydraulikzylinders 17 ist, wobei die Erfassung der Kolben Positionen durch Ermittlung der Imaginärteil Xc, und die Temperaturerfassung durch Ermitteln der Realteil Rc der Komplexen Impedanz Zc der Messspule 1 erfolgt.
  2. Wegmesssystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Messspule 1 des induktiven Wegsensors 7 mit Wechselstroms einer optimalen Frequenz foppt beaufschlag bar ist.
  3. Wegmesssystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messspule 1 zusammen mit einem Operationsverstärker 9 einen Spannungs-Strom-Wandler 12 bildet.
  4. Wegmesssystem nach Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung 5 einen Block 13 „Temperatureinstellung" weist.
  5. Wegmesssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass den Verstärkungsfaktor des Block 13 einstellbar ist.
  6. Wegmesssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messspule 1 des induktiven Wegsensors 7 ist über ein Körper 2 aus Kunststoff, Keramik, Glas oder nichtmagnetisches Stahl umwickelt.
  7. Wegmesssystem nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messspule 1 abhängig von dem Hub des Kolbenstange 19, einlagig, mit einem Draht mit verschieden Durchmesser, über den Körper 2 gewickelt wird.
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