DE2933557C2 - Meßumformer zur berührungslosen Weg- oder Geschwindigkeitsmessung - Google Patents

Meßumformer zur berührungslosen Weg- oder Geschwindigkeitsmessung

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DE2933557C2 DE19792933557 DE2933557A DE2933557C2 DE 2933557 C2 DE2933557 C2 DE 2933557C2 DE 19792933557 DE19792933557 DE 19792933557 DE 2933557 A DE2933557 A DE 2933557A DE 2933557 C2 DE2933557 C2 DE 2933557C2
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Description

a) das bewegliche Teil als Kolbenstange (4) eines Hydraulik- oder Pneumatikzylinders (3) ausgebildet ist, und
b) die magnetfeldempfindliche Anordnung mindestens zwei hintereinander angeordnete Geber (8,9) aufweist
2. Meßumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Felder eine unterschiedliche Feldstärke haben.
3. Meßumformer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Felder eine abwechselnde Polarität haben.
4. Meßumformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange eine sich in der Bewegungsrichtung erstreckende Ausnehmung (21,27) enthält, in der ein aus magnetisierbarer:! Werkstoff hergestellter Stab (22, 2S1 29) untergebracht ist, der in seiner Längsrichtung radial nach außen gerichtete, magnetische Zonen unterschiedlicher Stärke und/oder Polarität aufweist
5. Meßumformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Geber (8, 9) im Abstand einer halben Polteilung der unterschiedlichen magnetischen Felder zueinander angeordnet sind.
6. Meßumformer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß den Gebern (8,9) Schaltmittel nachgeschaltet sind, die aus den um 50° versetzten Gebersignalen ein der Bewegungsrichtung der Kolbenstange entsprechendes Signal ableiten.
7. Meßumformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gebersignale in einem Digitalzähler gezählt werden.
Die Erfindung betrifft einen Meßumformer zur berührungslosen Weg- und/oder Geschwindigkeitsmessung von Hydraulik- oder Pneumatikzylindern, bei welchem auf dem beweglichen Teil mehrere in Bewegungsrichtung abwechselnde, unterschiedliche magnetische Felder aufgetragen sind und auf dem feststehenden Teil eine magnetfeldempfindliche Anordnung angebracht ist
Aus der DE-AS 11 38 240 ist ein Meßwertumformer dieser Art bekannt. Das bewegliche Teil ist dort eine rotierende Scheibe, in die Dauermagnete gleicher oder abwechselnder Polarität in axialer oder radialer Richtung eingesetzt sind.
Die bekannte Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß sie aufgrund ihrer Gestaltung nicht für solche Meßaufgaben verwendet werden kann, wie sie bei der Erfassung der Stellung von Kolben in Hydraulik- oder Pneumatikzylindern auftreten. Die bekannte Anordnung hat weiter den Nachteil, daß keine Aussage darüber möglich ist, in welche Richtung sich die Scheibe mit den Permanentmagneten dreht
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe
zugrunde, einen Meßumformer der bekannten Art dahingehend zu verbessern, daß auch Messungen des
Weges und/oder der Geschwindigkeit mit ohnehin
vorhandenen beweglichen Teilen (Kolbenstange) von
Hydraulik-oder Pneumatikzylindern möglich sind, wo-
to bei weiterhin eine Aussage darüber möglich sein soll, in welche Richtung sich die Kolbenstange bewegt
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des nunmehr vorliegenden Hauptanspruchs angegebenen Merkmale gelöst
is Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den nachstehend beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigt
F i g. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung an einem Hydraulik- oder Pneumatikzylinder, der in seinem axialen Längsschnitt dargestellt ist,
F i g. 2 ein Schaubild für den Verlauf einer wegabhängigen Spannung U'bei Verwendung eines Hall-Generators als magnetfeldabhängigen Geber,
F i g. 3 ein Schaubild für einen anderen Geber und Fig.4 ein anderes Ausführungsbeispiel einer Meßvorrichtung mit einer hohlgebohrten Kolbenstange.
Fig.5 bis 8 zeigen Querschnitte durch eine Kolbenstange mit verschieden angeordneten Magnetwerks :ofi en.
Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 ist der Kolben 1 eines hydraulischen Arbeitsgerätes in einer Arbeitsbohrung 2 ,eines Zylinders 3 geführt und sitzt am Ende einer Kolbenstange 4.
Die Kolbenstange 4 weist gemäß ihrem bei 5 angedeuteten vergrößerten Ausschnitt an ihrer Oberfläche mehrere in Bewegungsrichtung der Kolbenstange hintereinanderliegende magnetische Zonen 6 bzw. 7 auf, welche in der aus magnetisierbarem Werkstoff bestehenden Kolbenstange durch quer zu der Längsrichtung sich erstreckende Polarisierung erzeugt sind. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Polarisierungsrichtung der einzelnen Felder 6 gegenüber ihrem Nachbarfeld 7 entgegengesetzt gerichtet
Der in dieser Weise magnetisch unterschiedlich
polarisierten Oberfläche der Kolbenstange 4 stehen zwei magnetfeldabhängige Geber 8 und 9 gegenüber, die wie beim dargestellten Ausführungsbeispiel aus
Hall-Generatoren bestehen könner.. Jeder dieser Hall-Generatoren erzeugt eine Ausgangsspannung,
so welche nach Größe und Richtung von dem am
Abtastort herrschenden Magnetfeld abhängig ist In Abhängigkeit von der vom Kolben zurückgelegten Wegstrecke s ergibt sich dann der in F i g. 2 dargestellte
sinusförmige Verlauf der Ausgangsspannung U des
Hall-Generators 8. Der zweite Hall-Generator 9 kann in Achsrichtung des Zylinders in der Zylinderwand 3
derart versetzt angeordnet sein, daß sein Abstand gegenüber dem ersten Hall-Generator 8 einer halben
Polteilung der unterschiedlichen Magnetzonen 6 und 7
eo entspricht und daher vom zweiten Hall-Generator über der Wegstrecke 5 ebenfalls eine sinusförmige Spannung erzeugt wird, welche jedoch elektrisch um 90° gegenüber derjenigen des ersten Hall-Generators versetzt ist und demzufolge erkennen läßt ob sich der
Kolben 1 vorwärts oder rückwärts bewegt
Der in F i g. 3 dargestellte impulsförmige Verlauf der Anzeigespannung Ua kann dadurch erzeugt werden, daß als magnetfeldabhängige Geber Reedkontakte
verwendet werden, die sich dann schließen, wenn das auf sie einwirkende Magnetfeld eine vorgegebene Mindeststärke erreicht Die einzelnen Impulse 11,12,13 usw. können in einfacher Weise einem Speicher oder einem nichtdargestellten Digital-Zähler zugeführt werden, welcher die jeweils erreichte Stellung entsprechend der Zahl der gespeicherten Impulse anzeigt
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig.4 enthält die Kolbenstange 4 eines im übrigen nicht weiter dargestellten hydraulischen Arbeitsgerätes eine zentrale Längsbohrung 15, in weiche eine ortsfeste Taststange 16 hineinragt welche an ihrem freien Ende einen magnetfeldabhängigen Geber, beim dargestellten Ausfuhrungsbeispiel einen Hall-Generator 17, trägt Parallel zu der nicht näher bezeichneten Bohrungsachse ist an der Bohrungswand 15 ein separat hergestellter Magnetstreifen 18 verlegt der in ähnlicher Weise wie in F i g. 1 bei 5 angedeutet in Bewegungsrichtung abwechselnd magnetische Nord- und Südpole enthält welche je nach der Stellung der Kolbenstange im Hall-Ger. ;rator eine positive oder negative bzw. starke oder schwache Ausgangsspannung erzeugen.
Falls es nicht möglich ist für die Kolbenstange einen Werkstoff zu verwenden, bei welchem die Magnetisierung mit Sicherheit während der Lebensdauer des Zylinders erhalten bleibt ist es auch möglich, wie die Ausführungsbeispiele nach den F i £. 5 bis 8 zeigen, in die Kolbenstange 4 ein spezielles Magnetmaterial einzubringen, dessen Felder von außen in der aus F i g. 1 erkennbaren Weise durch magnetfeldabhängige Geber 8 bzw. 9 abgetastet werden können.
Im einzelnen ist bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 entlang einer Mantellinie der im Querschnitt kreisförmigen, aus magnetisierbarem oder nichtmagnetisierbarem Werkstoff hergestellten Kolbenstange 4 eine Nut 21 eingefräst und in diese Nut ein Magnetwerkstoff 22 eingelegt der an seiner freien Außenfläche mit einem magnetischen Wechselfeld der in F i g. 1 bei 5 angedeuteten Art versehen ist.
Beim Ausführungsbeispie! nach Fig.6 ist in die ebenfalls aus magnetisierbarem oder nichtinagnetisierbarem Werkstoff hergestellte Kolbenstange 4 eine Längsnut 21 eingefräst jedoch ist im Gegensatz zu Fig.5 der eingelegte Magnetwerkstoff zusätzlich an seiner Außenseite 25 und seinen Längsseiten in nichtmagnetischem Werkstoff gefaßt damit er mit der Kolbenstange besser verbunden werden kann und zusammen mit der Kolbenstange zur Erzielung einer
ίο glatten Oberfläche überschliffen werden kann. Dies ist besonders vorteilhaft wenn das verwendete Magnetmaterial relativ weich ist wie beispielsweise bei Plastoferriten.
Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 7 ist in die Längsnut 21 ebenso wie bei F i g. 5 ein Magnetwerkstoff 22 eingelegt dessen Außenseite der Kontur der zylindrichen Kolbenstange 4 folgt und durch ein aufgeschrumpftes, dünnwandiges Rohr 26 aus nichtmagnetischem Werkstoff festgehalten ist
Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 8 enthält die aus nichtmagnetisierbarem Werkstoff hergestellte Kolbenstange 4 eine zu deren Längsachse parallele Bohrung 27, die bis nahe an den Außenumfang 28 der Kolbenstange 4 heranreicht und einen eingeschobenen quermagnetisierten Magnetwerkstoff 29 aufnimmt
Der Magnetwerkstoff ist in allen Ausführungsbeispielen F i g. 5 bis F i g. 8 in kurzen axialen Abständen mit abwechselnden Polaritäten magnetisiert und ergibt gegenüber einem oder mehreren magnetischen Gebern der in F i g. 1 bei 8 und 9 angegebenen Art ein magnetisches Wechselfeld, das beim Verstellen der Kolbenstange zu positionsabhängigen Ausgangsspannungen des bzw. der Geber führt. Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß mit ihr eine Weg-Messung oder Geschwindigkeits-Messung mit einer Auflösung von etwa 1 mm möglich ist, daß die Vorrichtung einen konstruktiv einfachen Aufbau erlaubt und einen störungsfreien Meßbetrieb an schwer zugänglichen Stellen ermöglicht.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Meßumformer zur berührungslosen Weg- oder Geschwindigkeitsmessung mit einem beweglichen Teil und einem feststehenden Teil, bei der auf dem beweglichen Teil mehrere in Bewegungsrichtung abwechselnde, unterschiedliche magnetische Felder aufgetragen sind und auf dem feststehenden Teil eine magnetfeldempfindliche Anordnung angebrachtist, dadurch gekennzeichnet, daß
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