DE3116333C2 - Measuring system for the contactless detection of the positions of the piston rod of a piston-cylinder unit - Google Patents
Measuring system for the contactless detection of the positions of the piston rod of a piston-cylinder unitInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Meßsystem zum berührungslosen Erfassen von Positionen der Koblenstange einer Kolben-Zylinder-Einheit mit Hilfe eines Meßfühlers, der in eine Axialbohrung der relativ zu ihm verstellbaren Kolbenstange taucht und je nach Stellung der Kolbenstange unterschiedliche Ausgangssignale zur Darstellung der jeweiligen Kolbenpositionen entwickelt. Das System umfaßt einen Sender/Empfängerkopf als Teil eines Meßfühlers am freien Ende eines in die Kolbenstangenbohrung ragenden Meßfühlerhalters, wobei der Sender/Empfängerkopf auf den als Reflexionsobjekt dienenden Boden der Kolbenstangenbohrung ausgerichtet ist. Die Laufzeit der impulsweise vom Sender/Empfängerkopf gesendeten, vom erwähnten Boden reflektierten und wieder empfangenen Signale wird als Maß für die augenblickliche Position der Kolbenstange ausgewertet.The invention relates to a measuring system for the contactless detection of positions of the piston rod of a piston-cylinder unit with the aid of a sensor which dips into an axial bore of the piston rod that can be adjusted relative to it and, depending on the position of the piston rod, develops different output signals to represent the respective piston positions. The system comprises a transmitter / receiver head as part of a probe at the free end of a probe holder protruding into the piston rod bore, the transmitter / receiver head being aligned with the bottom of the piston rod bore serving as a reflective object. The transit time of the signals sent in pulses from the transmitter / receiver head, reflected by the mentioned floor and received again is evaluated as a measure of the current position of the piston rod.
Description
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Die Erfindung betrifft ein Meßsystem zum berührungslosen Erfassen von Positionen der Kolbenstange einer Kolben-Zylinder-Einheit mit Hilfe eines Meßfühlers, der in eine Axiaibohrung der relativ zu ihm verstellbaren Kolbenstange taucht und je nach Stellung der Kolbenstange unterschiedliche Ausgangssignale zur Darstellung der jeweiligen Kolbenposition entwickelt.The invention relates to a measuring system for the contactless detection of positions of the piston rod a piston-cylinder unit with the aid of a measuring sensor which is inserted into an axial bore relative to it adjustable piston rod and depending on the position of the piston rod different output signals to Representation of the respective piston position developed.
Zur Anzeige bestimmter Positionen der Kolbenstange bzw. des Kolbens in einem Zylinder gibt es bisher verschiedene Arten von Meßsystemen bzw. Positionsgebern. So kann beispielsweise mit dem Kolben ein Permanentmagnet verbunden sein und an den Orten, wo eine Positionsmeldung folgen soll, jeweils ein Reed-Relais vorgesehen sein, das betätigt wird und eine Signalgabe einleitet, sobald der Kolben den betreffenden Ort überfährt (DE-PS 15 90 157). Es gibt auch kontaktlos arbeitende Meßsysteme von im wesentlichen gleicher Bauart, bei denen dann anstelle von Reed-Relais llallsonden verwendet werden,deren llullspannuiig durch den an ihnen vnrbeibewegicn Permanentmagneten verändert wird, wobei diese Spiinnungsiinderung /ur Anzeige der Kolben- b/w. Kolbenslangenposition ausgewertet werden kann.To display certain positions of the piston rod or the piston in a cylinder, there have been so far different types of measuring systems or position encoders. For example, with the piston a Permanent magnet connected and a reed relay each at the places where a position report is to follow be provided, which is actuated and initiates a signal as soon as the piston reaches the relevant Place overrun (DE-PS 15 90 157). There are also non-contact measuring systems of essentially of the same design, in which llall probes are then used instead of reed relays, their llullspannuiig by the permanent magnets moving past them is changed, whereby this spinning change / ur Display of the piston b / w. Piston length position can be evaluated.
Vor allem in der Ventiltechnik sind außerdem elektronisch arbeitende Positionsgeber bekannt Dabei kann etwa am Arbeitszylinder mindestens eine Feldplatte als Geber angebracht sein, deren Widerstand durch einen am Kolben sitzenden Permanentmagneten verändert wird, sobald der Kolben durch die Geberposition führt bzw. sich dieser annähen. Die hierbei auftretende Widerstandsänderung der Feldplatte wird zur Positionsmeldung ausgewertet (DF-OS 29 15 19S). Gleichfalls gibt es in der Ventiliechnik Meßsysteme und Positionsgeber (DE-OSen 11 16 006 und 15 74 572). die aus zwei am Zylinderumfang angebrachten und mit Wechselstrom gespeisten Spulen als Meßfühler bestehen, deren Kopplungsfaktor durch den den Spulenort durchfahrenden Kolben verändert wird, wobei auch diese Änderung wieder zur Erzeugung eines Signales für ί \ die Kolbenstangenposition ausgewertet wird. Im übri-', gen können bei dieser Art Meßsystem die Spulen auch an einem länglichen Halter befestigt sein, der in eine , axiale Bohrung der relativ zu ihm verstellbaren Kolbenstange taucht (DE-GM 79 10 174), so daß je nach Stellung der Kolbenstange bzw. des Kolbens die ,. magnetische Kopplung der beiden Spulen verändert wird und hieraus Ausgangssignale zur Darstellung der jeweiligen Kolbenstangenposition entwickelt werden können.Electronically operating position sensors are also known, especially in valve technology. At least one field plate can be attached to the working cylinder as a sensor, the resistance of which is changed by a permanent magnet on the piston as soon as the piston passes through the sensor position or approaches it. The change in resistance of the field plate that occurs here is evaluated for position reporting (DF-OS 29 15 19S). There are also measuring systems and position sensors in valve technology (DE-OSen 11 16 006 and 15 74 572). which consist of two coils attached to the cylinder circumference and fed with alternating current as measuring sensors, the coupling factor of which is changed by the piston passing through the coil location, whereby this change is also evaluated to generate a signal for ί \ the piston rod position. In übri- ', the coils can gen in this type measuring system also be attached to an elongate holder which is immersed in a axial hole of relatively adjustable to him piston rod (DE-GM 79 10 174), so that depending on the position of the piston rod or the piston the,. magnetic coupling of the two coils is changed and output signals can be developed from this to represent the respective piston rod position.
Diese bekannten Meßsysteme und Positionsgeber haben im allgemeinen ein relativ großes Bauvolumen, so daß eine Kolben-Zylinder-Einheit meist nur mit einem bzw. wenigen Meßsystemen bestückt werden kann. Hieraus folgt auch, daß solche Meßsysteme in der Praxis eigentlich nur zur Erfassung der Endlagen und einiger weniger Zwischenstellungcn der Kolbenstange eingesetzt werden können.These known measuring systems and position sensors generally have a relatively large overall volume, see above that a piston-cylinder unit usually only has one or a few measuring systems can be equipped. It follows from this that such measuring systems in practice actually only used to detect the end positions and a few intermediate positions of the piston rod can be.
Man ist also auf andere und bessere Lösungen angewiesen, wenn verlangt wird, daß in bezug auf den gesamten vorgegebenen Weg der Kolbenstange und des von ihr betätigten bzw. gesteuerten Bauelementes eine Viel/ahi von l'osilionsanzeigen möglich sein soll. Insofern gibt es bereits Lösungen (DE-OSen 23 48 066 und 28 55 681), bei denen in der Oberfläche der Kolbenslange mit Abstand zueinander Vertiefungen vorgesehen sind, die mit einem Materia1 von im Vergleich zum Kolbenstangenmaterial verschiedener magnetischer Leitfähigkeit aufgefüllt sind. An einem der Zylinderköpfe ist ein Meßfühler, beispielsweise ein Feldplattenfühler, vorgesehen, der magnetisch vorgespannt ist und dessen Widerstand sich bei Bewegung der Kolbenslange periodisch ändert, und zwar in Abhängigkeit von der Lage der in der Kolbenstange eingebrachten Materialien und der Geschwindigkeit der Kolbenstangenbewegung. Auch diese Widerstandsänderungen werden dann geeignet zur Darstellung bestimmter Kolbenstangenpositionen ausgewertetIt is thus dependent on others and better solutions when it is required that a multi / AHI osilionsanzeigen with respect to the total predetermined travel of the piston rod and actuated by it and driven component of l'should be possible. In this respect, there are already solutions (DE-OSes 23 48 066 and 28 55 681) in which recesses are provided in the surface of the piston length at a distance from one another, which are filled with a material 1 of different magnetic conductivity compared to the piston rod material. A measuring sensor, for example a field plate sensor, is provided on one of the cylinder heads, which is magnetically preloaded and whose resistance changes periodically when the piston length is moved, depending on the position of the materials introduced into the piston rod and the speed of the piston rod movement. These changes in resistance are then also evaluated in a suitable manner for displaying certain piston rod positions
Es ist klar, daß bei solchen Meßsystemen, abgesehen von einem hohen Fertigungsaufwand, an die Meßgenauigkeit keine allzu großen Anforderungen gestellt werden können, da allein schon der mechanische Aufbau nur eine grobe Codierung und Auflösung des gesamten zu erfassenden Meßweges der Kolbenstange zulassen wird. Nachteilig macht es sich außerdem bemerkbar, daß das eigentliche Kolbenstangenmaterial und das gesondert in die KolbenstangenoberflächeIt is clear that in the case of such measuring systems, apart from the high manufacturing outlay, there is a need for measuring accuracy no too great demands can be made, since the mechanical alone Structure only a rough coding and resolution of the entire measuring path of the piston rod to be recorded will allow. It is also noticeable disadvantageously that the actual piston rod material and that separately in the piston rod surface
eingebrachte Material verschiedene Reibwerte haben, die ein unerwünschtes, ruekariiges Gleiten der Kolbenslange in ihier im Zylinderkopf vorgesehenen Führung zur Folge haben werden.introduced material have different coefficients of friction, the undesirable, ruekariiges sliding of the piston length in the guide provided here in the cylinder head will result.
Die Aufgabe der Erfindung besieht in der Beseitigung der aufgezeigten Nachteile. Insbesondere soll ein einfaches und sicher funktionierendes Meßsystem geschaffen werden, mit dem in bezug auf eine vorgegebene Bewegungsstrecke der Kolbenstange selbst kleinste Bewegungsabläufe bei unterschiedlichen Codierungen erfaßt werden können.The object of the invention is to eliminate of the disadvantages identified. In particular, a simple and reliably functioning measuring system is intended be created with the relation to a predetermined distance of movement of the piston rod even the smallest movements with different ones Codings can be detected.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Meßsystem dutch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.In the measuring system mentioned at the beginning, this task is achieved by the characteristic features of the Claim 1 solved.
Die weitere Ausbildung der Erfindung ergibt sich aus den Unteranspruchen.The further development of the invention results from the subclaims.
Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert, das im Axialschniti gezeigt ist.The invention is described in more detail below with the aid of an exemplary embodiment shown in the drawing explained, which is shown in the Axialschniti.
Der grundsätzliche Aufbau der Kolben-Zvlinder-Einheu besteht aus dem Zylinder 1 mit seinem Zylinderkopf 2 und dem Zylinderfuß 3, aus der Kolbenstange 4 mit dem Kolben 5 und mit einer Axialbohrung 6 sowie aus „einem stangenförmigen Meßfühlerhalter 7 mit einem Meßfühler 8, wobei der Halter 7 mit radialem Spiel in die Axialbohrung hineinragt. Die Axialbohrung 6 und dei Meßfühlerhalter 7 mit dem Meßfühler 8 erstrecken sich bei vollständig eingefahrener Kolbenstange 4 bis in den Bereich des Zylinderkopfes 2, so daß sich der Meßfühler 8 auch bei vollständig ausgefahrener Kolbenstange noch in der nach außen, das heißt zum Zylinderinnenraum hin mittels einer Dichtung 9 abgesperrten Axialbohrung befindet. Die Zeichnung zeigt die Kolbenstange in praktisch vol! eingefahrener Stellung, bei der zwischen dem Meßfühler 8 und dem Inncnendeder Axialbohrungönoch ein Miiideslabstand /- besteht, der für den Hin- und Rücklauf von Signalen benötigt wird, wie noch klar wird.The basic structure of the piston cylinder unit consists of the cylinder 1 with its cylinder head 2 and the cylinder base 3, of the piston rod 4 with the piston 5 and with an axial bore 6 and from "a rod-shaped probe holder 7 with a Sensor 8, the holder 7 protruding into the axial bore with radial play. The axial bore 6 and The probe holder 7 with the probe 8 extend when the piston rod 4 is completely retracted into the area of the cylinder head 2, so that the sensor 8 is even when fully extended The piston rod is still in the outward direction, that is, toward the cylinder interior by means of a seal 9 blocked axial bore is located. The drawing shows the piston rod in practically vol! more retracted Position in which there is still a mutual distance between the measuring sensor 8 and the inner end of the axial bore / - is the one for the forward and backward movement of signals is needed, as will be clear.
Der als Rohrknrpcr ausgebildete Meßfühlerbalter 7 ist ein seinem einen Endbeieich koaxial zur Axialbohrung 6 der Kolbenstange 4 verlaufend starr im Zylinderfuß 3 befestigt und trägt an seinem anderen, freien Ende den Meßfühler 8. Vom Meßfühler führen elektrische Meßleitungen 10 und M durch das hohle Innere des Meßfühlerhallers hindurch und aus dem nach außen abgedichteten Halter heraus zu einer externen elektrischen oder elektronischen Steuereinrichtung (nicht gezeigt), die die vom Meßfühler weiterzuleiten-ο den Signale verarbeitet. Der Meßfühler besitzt auf seiner dem Boden der Axialbohrung 6 der Kolbenstange 4 zugekehrten Seite einen Sender/E npfängerkopf 8«/. der auf den Boden der Bohrung 6 ausgerichtet ist. Ferner ist der Bodui der Bohrung durch ein gesondert in die Bohrung eingesetztes Bauteil 12 gebildet, das auf seiner dem Sendei/Empfangerkopi 8<·; zugekehrten, ebenen oder parabolischen Fläche vorzugsweise poliert oder mit einem stark reflektierenden Belag 13 versehen ist.The probe holder 7, designed as a pipe crimp is one of its one Endbeieich coaxial with the axial bore 6 of the piston rod 4 extending rigidly in the cylinder base 3 and carries on its other, The free end of the probe 8. Electrical measuring lines 10 and M lead from the probe through the hollow Inside the probe hall through and out of the holder sealed to the outside to an external one electrical or electronic control device (not shown), which forward the from the sensor-ο processes the signals. The probe has on its bottom of the axial bore 6 of the piston rod 4 side facing a transmitter / receiver head 8 «/. which is aligned with the bottom of the bore 6. Furthermore, the Bodui of the bore is formed by a separately inserted component 12 in the bore, which on his to the sending / receiving copy 8 <·; facing, flat or parabolic surface, preferably polished or provided with a highly reflective coating 13 is.
1-5 Soweit die Axialbohrung 6 nicht durch den Meßfühlerhalter 7 und den Meßfühler 8 besetzt ist, ist das übrige Volumen der Bohrung 6 evakuiert oder mit einem die Ausbreitung der MeUwdlen fördernden Medium. z.B. Silikonöl. Glyzerin usw., gefüllt. Hierzu sind im Meßfühlerhalter Durchgänge 14 und 15 vorgesehen, mit deren Hilfe der Fluß des betreffenden "Mediums gesteuert wird bzw, die dem Volumenausgleich bei der Hin- und Herbewegung der Kolbenstange dienen.1-5 As far as the axial bore 6 does not go through the probe holder 7 and the sensor 8 is occupied, the remaining volume of the bore 6 is evacuated or with a medium that promotes the spread of the waves. e.g. silicone oil. Glycerine, etc., filled. For this passages 14 and 15 are provided in the probe holder, with the aid of which the flow of the relevant "Medium is controlled or that compensates for volume during the reciprocating movement of the piston rod to serve.
Der Sender/Empfängerkopf 8/i ist zum Senden und Empfangen von Schallwellen, Lichiwellen oder elektromagnetischen Wellen ausgelegt. Diese Wellen werden impulsweise in Richtung auf den Boden 12 der Axialbohrung 7 bzw. den Belag 13 ausgesendet, von den Teilen 12 bzw. 13 reflektiert und vom Kopf 8a wieder empfangen. Die Laufzeit für den Hin- und Rückweg der gesendeten und empfangenen Signale bildet ein Maß für die augenblickliche Position der Kolbenslange. Dieser Position ist bzw. den betreffenden Positionen sind entsprechende Codierungen in der erwähnten Steuereinrichtung zugeordnet. Es ist verständlich, daß auf diese Weise kleinste Wegeinheiten des Kolbenstangenhubes ermittelt und festgelegt werden können, die kleiner als Zehntelmillimeter sein können. Somit ist es möglich, die Kolbenstange durch entsprechende Beaufschlagung des Kolbens 5 über die entsprechenden Anschlüsse A und B mit sehr hoher Genauigkeit in die jeweils gewünschte Position zu verfahren.The transmitter / receiver head 8 / i is designed to transmit and receive sound waves, light waves or electromagnetic waves. These waves are emitted in pulses in the direction of the bottom 12 of the axial bore 7 or the lining 13, reflected by the parts 12 and 13 and received again by the head 8a. The transit time for the outward and return journey of the transmitted and received signals is a measure of the current position of the piston length. Corresponding codes in the control device mentioned are assigned to this position or to the positions concerned. It is understandable that in this way the smallest travel units of the piston rod stroke can be determined and determined, which can be smaller than tenths of a millimeter. It is thus possible to move the piston rod into the respectively desired position with a very high degree of accuracy by applying appropriate pressure to the piston 5 via the corresponding connections A and B.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (5)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8363 | Opposition against the patent | ||
| 8331 | Complete revocation |