DE2915212A1

DE2915212A1 - Einrichtung zum beruehrungslosen erfassen und auswerten von insbesondere zwischenpositionen eines in einem arbeitszylinder verstellbaren kolbens

Info

Publication number: DE2915212A1
Application number: DE19792915212
Authority: DE
Inventors: Harald Klocke
Original assignee: Kuhnke GmbH
Current assignee: Kuhnke GmbH
Priority date: 1979-04-14
Filing date: 1979-04-14
Publication date: 1980-10-16
Also published as: DE2915212C2

Description

Einrichtung zum berührungslosen Erfassen und
Auswerten von insbesondere Zwischenpositionen eines in einem Arbeitszylinder verstellbaren Kolbens Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum berührungslosen Erfassen und Auswerten von insbesondere Zwischenpositionen eines in einem Arbeitszylinder zwischen zwei Endlagen verstellbar geführten Kolbens unter Verwendung eines Positionsgebers, der bei der jeweils vom Kolben durchgefahrenen Zwischenposition ein Gebersignal erzeugt, das zur Ansteuerung von an den Geber angeschlossenen Bauelementen verwertet wird, insbesondere zur Ansteuerung von Magnetventilen, Relais oder sonstigen elektromagnetischen oder elektrischen Bauelementen.
Zur Anzeige bestimmter Kolbenpositionen in einem Zylinder verwendet man Positionsgeber, bei denen der Kolben einen Permanentmagneten trägt, während an den Stellen, wo die Positionsmeldung erfolgen soll, Reed-Relais vorgesehen sind, die betätigt werden und ansprechenlsobald der Kolben den betreffenden Ort überfährt.
Die so erfolgende Kontaktgabe wird dann zu einem diese Kolben position anzeigenden Signal verarbeitet.
Es gibt auch kontaktlos arbeitende Positionsgeber, bei denen im Vergleich zum vorher erwähnten Geber das Reed-Relais durch eine Hallsonde mit angeschlossener Auswerteelektronik ersetzt ist.
Besonders in der Ventiltechnik kommen auch Positionsgeber zur Anwendung, die im wesentlichen elektronisch arbeiten, indem etwa am Arbeitszylinder eine Feldplatte angebracht wird, deren Widerstand durch einen am Kolben sitzenden Magneten verändert wird, sobald der Kolben durch die Geberposition fährt.
Diese Widerstandsänderung wird dann als Positionsmeldung ausgewertet. Ein anderes bekanntes Bauprinzip für einen Positionsgeber besteht darin, daß am Zylinderumfang zwei mit Wechselstrom gespeiste Spulen angebracht werden, deren Kopplungsfaktor durch den den Spulenort durchfahrenden Kolben verändert wird, wobei diese Änderung auch in diesem Fall wieder zur Erzeugung eines Signals zur Anzeige der Kolbenposition ausgewertet wird.
Die Praxis hat gezeigt, daß alle auf dem Markt befindlichen Positionsgeber gut geeignet sind, die jeweiligen Endlagen des Kolbens sicher zu erfassen und dabei ein eindeutiges und ausreichend langes Signal für die Ansteuerung und Erregung elektromechanischer oder elektromagnetischer Bauteile zur Verfügung zu stellen. Das ist auch erklärlich, da die Kolbengeschwindigkeit bei der Umkehr des Kolbens nach Erreichen der jeweiligen Endlage oder, falls der Kolben in der Endlage verbleibt, gleich Null ist und währenddessen ausreichend Zeit für das Ansprechen der an den Geber angeschlossenen Bauelemente gegeben ist.
Schwierig oder gar unmöglich ist allerdings die Erzeugung eines zu solchen Steuer zwecken geeigneten und ausreichend langen Ausgangssignals, falls mit den üblichen Positionsgebern eine Zwischenposition abgetastet werden soll, die der Kolben mit entsprechend hoher Geschwindigkeit durchfährt, da dann das Gebersignal normalerweise zu kurz sein wird, um ein definiertes Durchschalten der angeschlossenen Bauteile sicherzustellen. So sind bei Kolbengeschwindigkeiten von 5 m/s je nach Schaltweg des Positionsgebersystems relativ kurze Schaltzeiten gegeben, die meist unter 1 ms liegen.
Magnetventile erfordern jedoch im allgemeinen eine Ansprechzeit von 4 bis 20 ms, um das elektromagnetische Feld aufzubauen.
Hinzuzurechnen ist auch noch die Zeit für den Druckaufbau des durch das Ventil beeinflußten Fluids.
Dieses Problem löst man in der Praxis bisher immer so, daß die maximal zulässige Geschwindigkeit Vmax=b/t0 , wobei b der Ansprechweg, to die Ansprechzeit des nachgeschalteten Systems und Vmax die Geschwindigkeit ist, bei der gerade noch ein Ansprechen des mit dem Gebersignal angesteuerten Bauelementes erreicht wird, werkseitig vom Hersteller des betreffendes Positionsgebers vorgegeben wird und bei der Anwendung des Positionsgebers zu beachten ist. Das führt verständlicherweise häufig zu einer Beschränkung der konstruktiven und funktionellen Möglichkeiten, da die an sich möglichen Verstellgeschwindigkeiten des Kolbens um ein Vielfaches über vmax liegen, jedoch aus dargelegten Gründen nicht ausgenutzt werden können.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Einrichtung zum berührungslosen Erfassen von insbesondere Zwischenpositionen mittels eines Positionsgebers, durch die trotz hoher und höchster Kolbengeschwindigkeiten ein einwandfreies Ausgangssignal zum sicheren Ansteuern und Ansprechen von an den Geber angeschlossenen Bauteilen bereitgestellt wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird die Eingangs erwähnte Einrichtung nach der Erfindung so ausgebildet, daß an den Geber ein Schaltkreis angeschlossen ist, dem das Gebersignal zugeführt wird und in dem das Gebersignal in ein zur sicheren Ansteuerung der erwähnten Bauelemente geeignetes und im Verhältnis zum Gebersignal längeres Ausgn9ignal aufbereitet wird.
Als Positionsgeber kannim Prinzip jeder gebräuchliche Geber verwendet werden, da sein Signal, sei es auch wegen hoher Kolbengeschwindigkeiten noch so klein oder kurz, nur geeignet zu sein braucht, anfänglich den schnell ansprechenden Schaltkreis anzusteuern, der dann das Gebersignal aufnimmt, hält und zu einem vergleichsweise längeren Ausgangssignal unabhängig davon aufbereitet, ob zwischenzeitlich das Gebersignal beendet ist oder nicht.
Das bedeutet also, daß diese Einrichtung zwar- mit herkömmlichen Positiongebern arbeiten kann, aber trotzdem auch bei hohen Kolbengeschwindigkeiten ein den jeweiligen Erfordernissen genügendes Ausgangssignal gewährleistet.
In der anliegenden Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung dagestellt. Es zeigen: Fig. 1 das zeitliche Verhältnis zwischen dem Gebersignal und dem Ausgangssignal der Einrichtung, Fig. 2 schematisch einen Längsschnitt durch einen Teil einer Zylinder-Kolbeneinheit und Fig. 3 den Schaltkreis zur Aufbereitung des Gebersignales.
Gemäß Fig. 2 ist in einem paramagnetischen oder diamagnetischen Zylinderrohr 1 ein Kolben 2 axial verstellbar geführt, der mit einem umlaufenden ferromagnetischen Ring 3 ausgerüstet ist.
Bei der gezeigten Betriebsstellung überfährt der Kolben gerade eine Zwischenposition auf der Meßstrecke L im Bereich des dortigen Poitionsgebers 4.
Die beiden schematisch angedeuteten Geberelemente 5 können z.Bsp. zwei Spulen sein, die in einem Magnetfeld liegen, das beim Durchfahren der Zwischenposition durch den Ring 3 in seiner Form verändert wird mit der Folge, daß dabei je nach Schaltung der Spulen durch Spannungsinduktion in ansich bekannter Weise ein Gebersignal G von der Länge tG erzeugt wird.
Falls beispielsweise die Meßstrecke L mit 6 mm und die Kolbengeschwindigkeit mit 3 m/s angenommen werden, so ergibt sich eine Länge tG des Gebersignals von 2 ms , die nicht ausreichen wird, um nachgeschaltete Bauelemente der erwähnten Art ansprechen zu lassen.
Nach der Erfindung wird deshalb das Gebersignal G in einem an den Geber 4 angeschlossenen Schaltkreis zur einem Ausgangssignal A von größerer Länge tA umgewandelt, mit dem dann die an diesen Schaltkreis anzuschließenden Bauelemente sicher zum Ansprechen bzw. Schalten gebracht werden können.
Gemäß Fig. 3 wird das Signal G des Gebers 4, bei dem die Geberelemente 5 mit Widerständen zu zwei Brückenzweigen B zusammengeschaltet sind, über eine Zuleitung 8 zum Schaltkreis 9 geführt, der das Gebersignal in entsprechender Weise zu einem längeren Ausgangssignal A aufzubereiten hat. Dieser Schaltkreis besteht aus seinem Differenzverstärker D,dessen einer Eingang über den Spannungsteiler R2, R3 fest vorgespannt ist, während an den anderen Eingang das Gebersignal G gelangt, so daß das am Verstärkerausgang auftretende Signal durch das aus dem Widerstand RI und dem Kondensator C1 bestehende RC-Glied zu einem zeitlich längeren Signal umgewandelt werden kann und über den als Schalter oder erforderlichenfalls zusätzlich als Verstärker wirkenden Transistor T am Ausgang als Ausgangssignal A zur Verfügung steht.
Anstatt das Gebersignal G über ein RC-Glied aufzubereiten, könnte es auch in einen entsprechend geschalteten Speicher gegeben und in diesem zu einem längeren Ausgangssignal A umgesetzt werden.
Ein relativ einfacher Speicher wäre beispielsweise eine Kippstufe.
Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß die beschriebene Einrichtung zwar auch geeignet ist, Endlagen des Kolbens abzutasten, daß hier aber vor allem daran gedacht ist, die erfindungsgemäße Einrichtung zum Abtasten und Auswerten von Kolbenzwischenpositionen einzusetzen.

Claims

Patentansprüche 9 Einrichtung zum berührungslosen Erfassen und Auswerten von insbesondere Zwischenpositionen eines in einem Arbeitszylinder zwischen zwei Endlagen verstellbar geführten Kolbeflsunter Verwendung eines Positionsgebers, der bei der jeweils vom Kolben durchfahrenen Zwischenposition ein Gebersignal erzeugt, das zur Ansteuerung von an den Geber angeschlossenen Bauelementen verwertet wird, insbesondere zur Ansteuerung von Magnetventilen, Relais oder sonstigen elektromagnetischen oder elektrischen Bauelementen, dadurch gekennzeichnet, daß an den Geber (4) ein Schaltkreis (9) angeschlossen ist, dem das Gebersignal (G) zugeführt wird und in dem das Geber signal in ein zur sicheren Ansteuerung der erwähnten Bauelemente geeignetes und im Verhältnis zum Geber signal längeres Ausgangssignal (A) aufbereitet wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis (9) das Gebersignal (G) über ein RC-Glied (R1,C1) oder einen Speicher aufbereitet.