DE3119829A1

DE3119829A1 - Messsystem zum erfassen von positionen der kolbenstange einer kolben-zylinder-einheit

Info

Publication number: DE3119829A1
Application number: DE19813119829
Authority: DE
Inventors: Harald 2427 Malente Klocke
Original assignee: Kuhnke GmbH; H KUHNKE GmbH KG
Current assignee: Kuhnke GmbH; H KUHNKE GmbH KG
Priority date: 1981-05-19
Filing date: 1981-05-19
Publication date: 1982-12-16

Description

Meßsystem zum Erfassen von Positionen der
Kolben stange einer Kolben-Zylinder-Einheit Die Erfindung betrifft ein Meßsystem zum Erfassen von Positionen der Kolbenstange einer Kolben-Zylinder-Einheit mit Hilfe eines außerhalb des Zylinders ortsfest angeordneten Meßfühlers, der die translatorische Bewegung der Kolbenstange abgreift und Ausgangssignale zur Darstellung der jeweiligen Kolbenstangenpositionen entwickelt.
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 erfolgen soll, jeweils ein Reed-Relais vorgesehen werden, das bei Betätigung eine Signalgabe einleitet, sobald der Kolben den betreffenden Ort überfährt (DE-PS 1 590 157). Es gibt auch kontaktlos arbeitende Meßsysteme von im wesentlichen gleicher Bauart7 bei denen dann anstelle von Reed-Relais Hall sonden verwendet werden, deren Hallspannung durch den an ihnen vorbeibewegten Permanentmagneten verändert wird, wobei diese Spannungsänderung zur Anzeige der Kolben bzw. Kolbenstangenposition ausgewertet werden kann.
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 fährt bzw. sich dieser annähert.
Die hierbei auftretende Widerstandsänderung- der Feldplatte wird-zur Positionsmeldung ausgewertet (DE-OS 2 915 198).
Gleichfalls gibt es in der Ventiltechnik Meßsy.steme und Positionsgeber (DE-OSen 1116006 und 15.74 572), die aus zwei am Zylinderumfang angebrachten und mit Wechselstrom gespeisten Spulen äls Meßfühler bestehen, deren Kopplungsfaktor durch den den Spulenort durchfahrenden Kolben verändert wird, wobei auch diese Änderung wleder zur Erzeugung eines Signales für die Kolbenstangenposition verwertet wird. Im übrigen 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 lo 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.
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 Zwischenstellungen der Kolbenstange eingesetzt werden können.
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 Vielzahl von Positionsanzeigen möglich sein soll. Insofern gibt es bereits'Lösunge.n ( DE-OSen 2 348 o66 und 2 855 681), bei denen in der Oberfläche der Kolbenstange mit Abstand zueinander Vertiefungen vorgesehen sind, die mit einem Material von im Vergleich zum Kolbenstangenmaterial verschiedener magnetischer Leitfähigkeit aufgefüllt sind. An einem der Zylinderköpfe ist ein Meßfühler, beispielsweise ein Feldplattenfühler, vorgesehen, der magnet tisch-vorgespannt ist und dessen Widerstand sich bei Bewegung der Kolbenstange periodisch ändert, und zwar in Abhängigkeit von der Lage der in die Kolbenstange eingebrachten Materialien und der Geschwindigkeit der Kolbenstangenbewegung. Auch diese Widerstandsänderungen werden dann geeignet zur Darstellung bestimmter Kolbenstangenpositionen ausgewertet.
Es ist klar, daß bei solchen Meßsystemen, abgesehen von einem hohen Fertigungsaufwand, an die Meßgenauigkeit keine allzu groBen Anforderungen gestellt werden können, da allein schon der mechanische Aufbau eine nur grobe Codierung und Auflösung des gesamten zu erfassenden Meßweges der Kolben stange zulassen wird. Nachteilig macht es sich außerdem bemerkbar, daß das eigentliche Kolbenstangenmaterial und das gesondert in die Kolbenstangenoberfläche eingebrachte Material verschiedene Reibwerte haben, die ein unerwünschtes ruckartiges.Gleiten der Kolbenstange in ihrer im Zylinderkopf vorgesehenen Führung zur Folge haben werden.
Die Aufgabe'der der Erfindungbesteht 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.
Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß bei dem einleitend angeführten Meßsystem die Kolbenstangenbewegung in eine Drehbewegung der Welle eines Drehgebers umgesetzt wird, daß aus der Anzahl der 3600 überschreitenden Umdrehungen des Drehgebers ein -Zählcode entwickelt wird und daß unter zusätzlicher erücksichtigung einer entwaigen Zwischenstellung des Drehgebers das Ausgangssignal zur Darstellung der zugehörigen Kolbenposition erzeugt wird.-Die erfindungsgemäße Lösung ist im Aufbau und in der -Herstellung sehr einfach und somit entsprechend billig herstellbar.
Aufgrund der einfachen Bauweise ergibt sich auch eine sichere und praktisch wartungsfreie Funktion des Meßsystems. Ein weiterer Vorteil der Lösung besteht darin, daß es außerhalb des Zylinders anzuordnen ist, das heißt nicht innerhalb des Bereiches, der von den Zylinderinnenwandungen umgrenzt wird.
Dadurch wird ein erheblicher Bauaufwand für die Ubertragung der Meßstrecke der translatorischen Kolbenstangenbewegung auf den Drehgeber vermieden. Weiterhin ist das vorgeschlagene Meßsystem insbesondere von relativ kleinen Kplbenstangendurchmessern der Kolben-Zyliflder-Einheit unabhängig, das heißt es ist auch bei Kolbenstangen mit kleinem Durchmesser ohne Schwierigkeiten einsetzbar. Ferner kann der Drehgeber, mit dem kleinste Strecken auch innerhalb einer Umdrehung von 3600 gemessen werden können, in Verbindung mit unterschiedlichen Codierungen verwendet werden, die wiederum in Datenverarbeitungsgeräten oder dergleichen eingegeben werden, mit denen das erfindungsgemäße Meßsystem in der Regel zusammenarbeitet.
Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Meßsystems besteht darin, daß es als eigenständige Baueinheit ausgebildet werden kann. Somit ist es nachträglich an der Kolben-Zylinder-Einheit montierbar. Nach einer weiteren Ausgestaltung-kann die Kolbenstangenbewegung über ein kraftschlüssig mit der Kolbenstange verbundenes und auf der Welle des vorzugsweise als Winkelcodierer ausgebildeten Drehgebers sitzendes Reibrad abgegriffen werden.
Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in den anliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 Eine teilweise Darstellung einer Kolben-Zylinder-Einheit mit dem Meßsystem nach der Erfindung im Axialschnitt, Fig. 2 einen Querschnitt gemäß der Linie II - II in Fig. 1 und in vergrößertem Maßstab.
In Fig. - 1 ist die Kolben-Zylinder-Einheit nur teilweise dargestellt, und zwar mit demjenigen Endbereich, wo die Kolbenstange 1 aus dem Deckel 2.des Zylinders 3 austritt. Im dargestellten Fall ist das allgemein mit 4 bezeichnete.Meßsystem als selbstständige Baueinheit konstruiert und mittels einer Gewindeverbindung 5 am Deckel 2 des Zylinders 3 befestigt..
Alternativ-3cann auch so. vorgegangen werden, daß das Meßsystem in dem Deckel 2 integriert sein kann.
Die selbstständige Baueinheit 4 besteht aus -einem Gehäuse 6, das eine Durchgangsbohrung 7 aufweist, die koaxial-zum Durch-.
tritt 8 des Deckels 2 verläuft und die Kolbenstange 1 aufnimmt. Im Gehäuse 6 ist ein Teil des in Rede stehenden Meßsystems untergebracht, wie es aus Fig. 1, aber besser noch aus Fig. 2 zu erkennen ist. Der übrige Teil des Meßsystems besteht aus einem an sich bekannten Wiçnkelcodierer 9'als Drehgeber und ist außen am Gehäuse 6 vorgesehen. Alternativ kann statt des Winkelcodierers auch ein Drehpotentiometer verwendet werden.
Im Gehäuse 6 befindet sich zunächst ein Innenraum jo, der durch einen seitlichen Deckel 11 verschlossen ist und in den die Kolbenstange 1o teilweise hineinragt. Auf dem im Raum 1o freiliegenden jeweiligen. Oberflächenbereich der Kolbenstange 1 rollt ein Reibrad2 ab, das auf einer Welle 13 des Drehgebers 9 sitzt. Die Welle 13 ist ferner an einem Sockel 14'gelagert, vorteilhaft über Wälzlager 15,-wobei der Sockel wiederum an den Innenwänden des Raumes 1o sowie an der entsprechenden Innenwand des Deckels 11 geführt ist, und zwar in vertikaler Richtung. Der Sockel 14 und damit das Reibrad 12 wird durch eine Schraubendruckfeder 16 in Richtung auf die Kolbenstange 1 gedrückt, so daß das Reibrad 1 2 einen sehr guten Kontakt mit der Kolbenstange 1 hat, damit es auf der Kolbenstange einwandfrei abrollen kann. Um einen sicheren Kontakt des Reibrades 1 2 mit der Kolbenstange 1 zu gewährleisten, ist die zentrale nurchgangsbohrung 11a des Deckels 11 geringfügig größer ausgebildet als der Durchmesser der Welle 13 des Drehgebers 9.
Um die Anpreßkraft des Reibrades 12 gegen die Kolbenstange 1 einstellen zu können, ist in das Gehäuse 6 eine Stellschraube 17 einschraubbar, die gegen das andere Ende der erwähnten Feder 16 anliegt. Auf diese Weise ist es möglich, die Anpreßkraft auf die Oberflächenbeschaffenheit des Reibrades 12-und der Kolbenstange 1 abzustimmen.
Der Deckel 11 des Gehäuses 6 ist beispielsweise mit dem Gehäuse verschraubt, was symbolisch bei 18 abgedeutet ist. Ferner ist zwischen dem Drehgeber 9 und dem Deckel 11 ein Dichtungsring 19 vorgesehen, um das Eindringen von Staub und Schmutz in den Innenraum lo des Gehäuses 6 zu vermeiden, was das sichere.Abrollen.des Reibrades 1 2 auf der Kolb.enstange 1 beeinträchtigen könnte. Über eine elektrische Leitung 20 werden die Signale einem nicht dargestellten Datenverarbeitungsgerät zu'geleitet, um die jeweils gewünschte Kolbenstangenposition anzusteuern.
Die Funktion des vorstehend beschriebenen Meßsystems ist folgende. Wenn sich die Kolbenstange 1 aus dem Zylinder 3 herausbewegt oder in diesen hineinbewegt, rollt das Reibrad 12 auf der Kolbenstange ab und überträgt somit die translatorische Kolbenstangenbewegung auf die Welle 13 des Drehgebers 9, der aus den vollen und teilweisen Umdrehungen der Welle 13 einen Zählcode in an sich bekannter'Weise entwickelt und die sich daraus ergebenden Werte als Ausgangssignale dem erwanten Datenverarbeitungsgerät zuleitet, in dem diese Ausgangssignale mit einem gespeicherten Wert verglichen werden, welch letzterer der jeweils gewünschten Kolbenst,angenposition entspricht. Stimmt die Bewegungsstrecke der Kolbenstange 1 mit gespeicherten und gerade gewünschten Kolbenstangenpositionen überein, wird in an sich bekannter Weise ein Steuersignal zur Stillsetzung der Kolben stange 1 gegeben.
Das erwähnte Datenverarbeitungsgerät sowie die übrige Steuereinrichtung zur Bewegung und Stillsetzung der Kolbenstange sind an sich bekannter Art und bilden keinen Teil des vorstehend beschriebenen Vorschlages.
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Claims

Patentansprüche 9 Meßsystem zum Erfassen von Positionen der Kolbenstange einer Kolben-Zylinder-Einheit mit Hilfe eines außerhalb des Zylinders ortsfest angeordneten Meßfühlers, der die translatorische Bewegung der Kolbenstange abgreift und Ausgangssignale zur Darstellung der jeweiligen Kolbenstangenpositionen entwickelt, dadurch gekennzeichnet, daß die Koibenstangenbewegung in eine Drehbewegung der Welle (13) eines Drehgebers(9) umgesetzt wird, daß aus der Anzahl der 3600 überschreitenden Umdrehungen des Drehgebers (9) ein Zählcode entwickelt wird und daß unter zusätzlicher Berücksichtigung einer etwaigen Zwischenstellung des Drehgebers (9) das Ausgangssignal zur Darstellung der zugehörigen Kolbenstangenposition erzeugt wird.
2. Meßsystein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehgeber (9) als Winkelcodierer oder Drehpotentiometer ausgebildet ist.
3. Meßsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstangenbewegung über ein kraftschlüssig mit der Kolbenstange (1) verbundenes, auf der Welle (13) des Drehgebers (9) sitzendes Reibrad (12) abgegriffen wird.
4. Meßsystem nach-Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Reibrad (12) unter Vorspannung durch eine Feder (in): auf die Kolbenstange (1) gedrückt wird und daß die Vorspannung einstellbar ist.
5. Meßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es als eigenständige, nachträglich an der Kolben-Zylinder-Einheit montierbare Baueinheit .(4) ausgebildet ist.