DE2915212C2

DE2915212C2 - Einrichtung zum berührungslosen Erfassen und Auswerten von insbesondere Zwischenpositionen eines in einem Arbeitszylinder verstellbaren Kolbens

Info

Publication number: DE2915212C2
Application number: DE19792915212
Authority: DE
Inventors: Harald 2427 Malente Klocke
Original assignee: H Kuhnke Kg 2427 Malente De GmbH
Current assignee: H Kuhnke Kg 2427 Malente De GmbH
Priority date: 1979-04-14
Filing date: 1979-04-14
Publication date: 1986-06-19
Also published as: DE2915212A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum berührungslosen Erfassen und Auswerten von insbesondere Zwischenpositionen eines in einem Arbeitszylinder zwischen zwei Endlagen verstellbar geführten Kolbens gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

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 ansprechen, sobald der Kolben den betreffenden Ort überfährt. Die so erfolgende Kontaktgabe wird dann zu einem diese Kolbenposition anzeigenden Signal verarbeitet.

Es gibt auch kontaktlos arbeitende Positionsgeber, bei denen im Vergleich zum vorher erwähnteh Geber das Reed-Relais durch eine Hallsonde mit angeschlossener Auswerteelektronik ersetzt 1st. Besonders in der Ventlltechnlk kommen auch Positionsgeber zur Anwendung, die Im wesentlichen elektronisch arbeiten, indem etwa am Arbeltszylinder 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 1st und währenddessen ausreichend Zelt für das Ansprechen der an den Geber angeschlossenen Bauelemente gegeben 1st.

Schwierig oder gar unmöglich ist allerdings die Erzeugung eines zu solchen Steuerzwecken geeigneten und ausreichend langen Ausgangssignals, falls mit den üblichen Positionsgebern eine Zwischsnposltion abgetastet werfen soll, die der Kolben mit entsprechend hoher Geschwindigkeit durchfährt, da dann das Gebersiga-.I normalerweise zu kurz sein wirf, 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 v_max = b/t_c, wobei b der Ansprechweg, /_o die Ansprechzeit des nach-

geschalteten Systems und v_max die Geschwindigkeit ist, bei der gerade noch ein Ansprechen des mit dem Gebersignal angesteuerten Bauelementes erreicht wird, werkseltig vom Hersteller des betreffenden Positionsgebers vorgegeben wird und bei der Anwendung des Positions gebers zu beachten ist. Das führt verständlicherweise häufig zu einer Beschränkung der konstruktiven und funktlonellen Möglichkeiten, da die an sich möglichen Verstellgescnwindigkelten des Kolbens um ein Vielfaches über v_max liegen, jedoch aus dargelegten Gründen nicht ausgenutzt werfen können.

In der DE-AS 12 99 432 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, wonach eine auch Zwischenstellungen erfassende Stellw.egmessung bei einer Kolben-Zylinder-Einheit derart erfolgt, daß das von den Gebern erzeugte Signal zunächst einem Verstärkerkreis zugeleitet wird, um dann lediglich verstärkt den zu betätigenden Bauelementen zugeleitet zu werfen. Auch hiermit sind höhere Verstellgeschwindigkeiten der Kolben-Zylinder-Einheit nicht nutzbar.

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.

Die Lösung der Aufgabe ist in dem Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegeben. Durch diese Lösung wird das Gebersignal in ein zur sicheren Ansteuerung der erwähnten Bauelemente geeignetes und im Verhältnis zum Gebersignal längeres Ausgangssignal aufbereitet. Als Positionsgeber kann Im Prinzip jeder gebräuchliche Geber verwendet werfen, da sein Signal, sei es auch wegen hoher Kolbengeschwlndlg ketten 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 Positionsgebern 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 dargestellt. Es zeigt Flg. 1 das zeltliche Verhältnis zwischen dem Geber-

p signal und dem Ausgangssignal der Einrichtung,

ü> F i g. 2 schematisch einen Längsschnitt durch einen

Ij Teil einer Zylinder-Kolbeneinheit und

I Fig.3 den Schaltkreis zur Aufbereitung des Geber-

ΐ: signales.

■; Gemäß F i g. 2 ist in einem paramagnetischen oder

■;l diamagnetischen Zylinderrohr 1 ein Kolben 2 axial

k verstellbar geführt, der mit einem umlaufenden ferro-

v magnetischen Ring 3 ausgerüstet ist. Bei der gezeigten

Betriebsstellung überfährt der Kolben gerade «ine ■Ι Zwischenpobidon auf der Meßstrecke L im Bereich des i£ dortigen Positionsgebers 4.

■j; Die beiden schematisch angedeuteten Geberelemente

9·. 5 können z. B. zwei Spulen sein, die in einem Magnetfeld ^:,-5 liegen, das beim Durchfahren der Zwischenposition \s || durch den Ring 3 in seiner Form verändert wird mit der ■_;; Folge, daß dabei je nach Schaltung der Spulen durch :^V Spannungsinduktion in an sich bekannter Weise ein ;% Gebersignal G von der Länge t_G erzeugt wird.
S Falls beispielsweise die Meßstrecke L mit 6 mm und

die Kolbengeschwindigkeit mit 3 m/s angenommen werden, so ergibt sich eine Länge t_G 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 zu ) einem Ausgangssignal A von größerer Länge t_A umge-, wandelt, mit dem dann die an diesen Schaltkreis anzu-

?)■ schließenden Bauelemente sicher zum Ansprechen bzw. ■■ ,· Schalten gebracht werden können.

% Gemäß F i g. 3 wird das Signal G des Gebers 4, bei dam

■: die Geberelemente 5 mit Widerständen zu zwei Brücken-

I' zweigen B zusammengeschaltet sind, über eine Zuleitung

I 8 zum Schaltkreis 9 geführt, der das Gebersignal in

:; entsprechender Weise zu einem längeren Ausgangssignal ]; A aufzubereiten hat. Dieser Schaltkreis besteht aus einem :'■· Differenzverstärker D, dessen einer Eingang über den .: Spannungsteller R₂, Ri fest vorgespannt 1st, während an '.' den anderen Eingang das Gebersignal G gelangt, so daß • das am Verstärkerausgang auftretende Signal durch das

;; aus dem Widerstand R_t und dem Kondensator C\ beste- ü. hende /?C-Glied zu einem zeitlich längeren Signal umge-V wandelt werden kann und über den als Schalter oder ¹ erforderlichenfalls zusätzlich als Verstärker wirkenden

Transistor T am Ausgang als Ausgangssignal A zur Verfügung steht.

Anstatt das Gebersignal G über ein RC-Ghed aufzubereiten, könnte es auch in einen entsprechend geschalteten Speicher gegeben und in diesem zu einem längeren Ausgangssignal A umgesetzt werden. Ein relativ einfaeher 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 Kolbenzwlschenposltlonen einzusetzen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum berührungslosen Erfassen und Auswerten von insbesondere Zwischenpositionen eines in einem Arbeltszylinder zwischen zwei Endlagen verstellbar geführten Kolbens unter Verwendung eines Positionsgebers, der be! der jeweils vom Kolben durchfahrenen Zwischenposition ein Gebersignal erzeugt, das einem elektrischen Schaltkreis zugeführt wird, dessen Ausgangssignal zur Ansteuerung von Bauelementen, wie insbesondere von Magnetventilen, Relais oder sonstigen elektromagnetischen oder elektrischen Bauelementen verwertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis einen Differenzverstärker (Z)) enthält, dem zur Impulsbreitendehnung als Verzögerungsglied ein /?C-Glied (R₍, Ci) nactgeschaltet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Verzögerungsglied ein Speicher im Schaltungskreis (9) vorgesehen ist.