DE2915198A1

DE2915198A1 - Positionsgeber zur feststellung und anzeige einer von einem kolben in einem zylinder erreichten position

Info

Publication number: DE2915198A1
Application number: DE19792915198
Authority: DE
Inventors: Karsten Klinck
Original assignee: Kuhnke GmbH
Current assignee: Kuhnke GmbH
Priority date: 1979-04-14
Filing date: 1979-04-14
Publication date: 1980-10-16

Description

Positionsgeber zur Feststellung und Anzeige einer
von einem Kolben in einem Zylinder erreichten Position Die Erfindung betrifft einen Positionsgeber zur Feststellung und Anzeige einer von einem Kolben in einem Zylinder erreichten Position, bestehend aus zwei ortsfest am Umfang des ferromagnetisch neutralen Zylinders vorgesehenen und in einem magnetischen Feld befindlichen Geberelementen, wobei der ferritische Kolben beim Anfahren des Geberortes eine Feldänderung verursacht, die über die hiervon beeinflußten Geberelemente zu einer Signalgabe als Meldung der Kolbenposition führt.
Zur Anzeige von bestimmten Kolbenpositionen in einem Arbeitszylinder werden überwiegend Positionsgeber verwendet, bei denen mit dem Kolben ein Permanentmagnet verbunden ist, während an den Orten, wo die Positionsmeldung erfolgen soll, Reed-Relais vorgesehen sind, die, sobald der Kolben den betreffenden Ort überfährt, betätigt werden und ansprechen. Die so erfolgende Kontaktgabe wird dann zu einem diese Kolbenposition anzeigenden Signal verarbeitet.
Es gibt auch kontaktlos arbeitende Positionsgeber, bei denen im Vergleich zum vorerwähnten Geber das Beed-Relais durch eine Hallsonde mit angeschlossener Auswerteelektronik ersetzt ist. Da das Vorzeichen der Hall spannung von der Richtung des vom Permanentmagneten erzeugten Feldes abhängig ist, sind nur bestimmte Orte am Zylinderumfang zur Abfrage geeignet.
Aus der Ventiltechnik sind zwei weitere mögliche Ausführungsformen für Positionsgeber bekannt, die im wesentlichen elektronisch arbeiten. So kann etwa am Arbeitszylinder eine Feldplatte ortsfest angebracht werden, deren Widerstand durch einen am Kolben sitzenden Permanentmagneten verändert wird, sobald der Kolben durch die betreffende Geberposition fährt bzw. sich dieser nähert.
Die Feldänderung wird dann als Positionsmeldung ausewertet. Dieses System hat wie auch die sonstigen Geber mit einem am Kolben befindlichen Magneten den Nachteil, daß der Magnet Stößen beim Anlauf der jeweiligen Endstellungen ausgesetzt ist, wodurch seine magnetischen Eigenschaften nachteilig beeinflußt werden können.
Eine weitere gebräuchliche Möglichkeit zum Aufbau eines in der Ventiltechnik eingesetzten Positionsgebers besteht darin, daß am Zylinderumfang zwei mit Wechselstrom gespeiste Spulen fest angebracht werden, deren Kopplungsfaktor durch den den Spulenort durchfahrenden Kolben verändert wird, wobei diese Änderung auch hier wieder zur Erzeugung eines Signals für diese Kolbenposition auszuwerten ist.
Der für eine solche Ausführung zu betreibende Aufwand ist beträchtlich.
Es ist nämlich ein geschlossener Eisenkreis mit zwei Spulen nötig.
Wenn das Gebersystem schnell arbeiten soll, ist weiterhin ein Oszillator erforderlich, der eine hDherfrequente Wechselspannung erzeugen muß. Da zur Auswertung eines definierten Gebersignals ungefähr eine Schwingung benötigt wird, ergibt sich bei den herkömmlichen Zylindern bei einer Speisespannung von 50 Hz eine maximal zulässige Geschwindigkeit von etwa 3 bis 6 m/min. Das ist für viele Anwendungsfälle ein viel zu niedriger Wert, so daß normalerweise ein externer Oszillator zur Anwendung kommen muß. Außerdem müssen die zur Auswertung stehenden Ausgangsspannungen in der Regel dann noch verstärkt und kompariert werden, bis ein zu Steuerungszwecken verwertbares Signal vorliegt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines auch zum nachträglichen Einbau geeigneten, geringe Abmessungen aufweisenden und an beliebigen Stellen eines Standardzylinders anbringbaren Positionsgebers, der auch bei hohen Kolbengeschwindigkeiten sicher anspricht.
Diese Aufgabe wird bei einem Positionsgeber der eingangs erwähnten Art nach der Erfindung so gelöst, daß die Geberelemente aus zwei in Bezug auf die Kolbenbewegung hintereinander angeordneten Feldplatten bestehen, die bei entfernt befindlichem Kolben symmetrisch in dem von einem Permanentmagneten erzeugten Feld liegen und dabei gleiche Widerstandswerte haben, und daß eine Änderung der Feldplattenwiderstände, die beim Anfahren des Geberortes durch den Kolben aufgrund der damit verbundenen Feldänderung auftritt, in einer an die Feldplatten angeschlossenen Auswerteschaltung zur Anzeige dieser Kolbenbewegung ausgewertet wird.
In der anliegenden Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel für den erfindungsgemäßen Positionsgeber schematisch dargestellt. Es zeigen: Figur 1 einen Längsschnitt durch einen Positionsgeber nach der Erfindung, Figur 2 einen Längsschnitt durch einen Teil einer Zylinder-Kolben-Einheit, wobei sich der Kolben in entfernter Position zum Geberort befindet, und Figur 3 eine der Figur 1 entsprechende Darstellung, bei welcher der Kolben die Geberelemente zur Erzeugung eines Gebersignals angefahren hat.
Der außen auf dem Umfang des Arbeitszylinders 1 fest oder auch lösbar und verstellbar angebrachte Positionsgeber 2 besteht aus einem Gehäuse 3 aus Kunststoff oder wie der Zylinder 1 aus ferromagnetisch neutralem, also paramagnetischem bzw. diamagnetischem Metall. Im Gebergehäuse sind ein Permanentmagnet 4 und die beiden Feldplatten 5 und 6 als Geberelemente untergebracht. Die elektrischen Zuleitungen und Ableitungen der Geberelemente sind der Darstellung entsprechend zu einer Leitungsfassung 7 aus Isoliermaterial und von dort weiter nach außen zu einer nicht dargestellten Auswerteschaltung geführt.
Der Magnet 4 ist in Bezug auf die Feldplatten 5,6 so angeordnet, daß diese bei entfernt befindlichen Kolben 8 symmetrisch, d.h., bezogen auf die Symmetrieebene zwischen den Feldplatten spiegelsymmetrisch, in dem vom Permanentmagneten erzeugten Feld 9 liegen, wie es die Figur 2 zeigt. Für die Auswerteschaltung bedeutet dieser Betriebszustand, daß keine Signalgabe für die betreffende Kolbenposition zu erfolgen hat. Das bleibt auch so lange der Fall, wie die Feldplatten 5,6 durch den Magneten 4 in dieser Weise magnetisch vorgespannt sind und somit auch gleiche elektrische Widerstände aufweisen.
Sobald jedoch der Geberort bzw die im Verhältnis zur Kolbenbewegung hintereinander geschalteten Feldplatten 5,6 vom Kolben 8 angefahren wird bzw. werden, ändert sich gemäß Figur 3 die Feldsymmetrie, wobei die dem Kolben am nächsten liegende Feldplatte 5 hochohmiger und die entfernter liegende andere Feldplatte 6 niederohmiger wird.
Diese Anderung der Widerstände der Feldplatten 5,6 kann dann in geeigneter und an sich auch bekannter Weise zur Erzeugung des die Kolbenposition anzeigenden Geberausgangssignales ausgewertet werden, und zwar etwa über einen die Ausgänge beider Feldplatten erfassenden Komparator mit nachgeschaltetem Leistungstransistor als Auswerteschaltung, um so direkt beispielsweise Magnetventile oder andere Steuerglieder in Abhängigkeit von der jeweiligen Kolbenposition ansteuern zu können.
Die gezeigte Ausführungsform und auch die vorstehende Beschreibung des Aufbaus und der Funktionsweise machen schon deutlich, daß der Positionsgeber mit Standardzylindern beliebiger Art kombiniert werden kann und daß der Anbauort frei wählbar ist. Somit ist im Prinzip auch ein nachträglicher Einbau in eine bestehende Anlage jederzeit möglich. Die Feldplatten und der Permanentmagnet haben relativ geringe Abmessungen, so daB mit dem Positionsgeber eine äußerst kleine Bauweise erreichbar ist. Im übrigen ist auch der elektronische Aufwand für die Auswertung des Gebersignals minimal, da im Prinzip ein einfacher Komparator mit nachgeschaltetem Verstärker ausreicht, um unmittelbar Magnetventile, sonstige pneumatische oder elektrische Steuerungsglieder und dergleichen ansteuern zu können. Hierdurch wird verständlicherweise das gesamte System äußerst preiswert. Da außerdem die Feldplatten als Halbleiterelemente relativ schnell ansprechen, erlaubt der Positionsgeber hohe Kolbengeschwindigkeiten und eine trotzdem sichere Anzeige der betreffenden Kolbenposition.
Feldplatten als Halbleiterelemente sind bekanntlich temperaturabhängig. Deshalb sollte man zur Vermeidung oder Reduzierung der Temperaturabhängigkeit die Feldplatten mit zwei ohmschen Widerständen in eine Brückenschaltung einbeziehen, bei der eine Brückendiagonale an die Versorgungsspannung angeschlossen wird und an der anderen Diagonalen die Meßspannung für die Auswerteschaltung abgenommen wird. Solche Meßprinzipien und Auswerteschaltungen sind geläufig und brauchen deshalb nicht weiter beschrieben zu werden.
Um die Ansprechempfindlichkeit des Positionsgebers so groß wie möglich zu machen, sollten sich die Feldplatten 5,6 in Ausnehmungen 10, 11 des Gebergehäuses 3 befinden, die an der bei Einbaulage dem Umfang des Zylinders 1 zugewandten Seite des Gehäuses 3 vorgesehen sind. Abweichend von der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform besteht auch die Möglichkeit, anstelle der Ausnehmungen 10,11 die dortige Wandung des Gehäuses 3 vollkommen zu durchbrechen und diese Durchbrechungen mit einer dünnen Kunststoffolie abzudecken.
Der erfindungsgemäße Positionsgeber ist geeignet, sowohl Endpositionen als auch Zwischenpositionen des Kolbens 8 sicher zu erfassen und zur Anzeige zu bringen. Weiterhin ist es auch möglich, die jeweilige Kolbenposition unabhängig von der Bewegungsrichtung des Kolbens auszuwerten, wenn nur die Auswerteschaltung geeignet so ausgelegt wird, daß sie in Abhängigkeit vom Gradienten der Feldänderung ansprechen kann. Wenn auch der Permanentmagnet im Verhältnis zu den beiden Feldplatten so angeordnet werden sollte, daß die beiden Feldplatten bei entferntem Kolben gemäß Figur 2 in spiegelbildlich gleichen Magnetfeldern befinden, um so unabhängig von der Anfahrrichtung durch den Kolben zu gleichgroßen Ansprechsignalen zu kommen, soll hier nicht die Möglichkeit ausgeschlossen werden, daß die eine Feldplatte stärker magnetisch vorgespannt wird als die andere. Dies könnte sich unter anderem dann empfehlen, wenn nur das Einfahren des Kolbens in eine bestimmte Endstellung zur Anzeige und Auswertung gebracht werden soll.

Claims

Patentansprüche 4 Positionsgeber zur Feststellung und Anzeige einer von einem Kolben in einem Zylinder erreichten Position, bestehend aus zwei ortsfest am Umfang des ferromagnetisch neutralen Zylinders vorgesehenen und in einem magnetischen Feld befindlichen Geberelementen, wobei der ferritische Kolben beim Anfahren des Geberortes eine Feldänderung verursacht, die über die hiervon beeinflußten Geberelemente zu einer Signalgabe als Meldung der Kolbenposition führt, dadurch gekennzeichnet, daß die Geberelemente aus zwei in Bezug auf die Kolbenbewegung hintereinander angeordneten Feldplatten (5,6) bestehen, die bei entfernt befindlichem Kolben (8) symmetrisch in dem von einem Permanentmagneten (4) erzeugten Feld (9) liegen und dabei gleiche Widerstandswerte haben, und daß eine änderung der Feldplattenwiderstände, die beim Anfahren des Geberortes durch den Kolben aufgrund der damit verbundenen Feldänderung auftritt, in einer an die Feldplatten angeschlossenen Auswerteschaltung zur Anzeige dieser Kolbenposition ausgewertet wird.
2. Positionsgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldplatten (5,6) und der Permanentmagnet (4) in einem Gebergehäuse (3) aus Kunststoff oder ferromagnetisch neutralem Metall untergebracht sind und daß das Gehäuse lösbar und verstellbar mittels einer Halterung am Zylinder (1) anzubringen ist.
3. Positionsgeber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Feldplatten (5,6) in Ausnehmungen (10,11) befinden, die an der bei Einbaulage dem Zylinderumfang zugewandten Gehäuseseite vorgesehen sind.