DE3123572A1

DE3123572A1 - Messsystem zum beruehrungslosen erfassen von kolbenstangenpositionen

Info

Publication number: DE3123572A1
Application number: DE19813123572
Authority: DE
Inventors: Harald 2427 Malente Klocke
Original assignee: H KUHNKE GmbH KG
Current assignee: H KUHNKE GmbH KG
Priority date: 1981-06-13
Filing date: 1981-06-13
Publication date: 1982-12-30
Also published as: DE3123572C2

Description

Meßsystem zum berührungslosen Erfassen von
Kolbenstangenpositionen Die Erfindung betrifft ein Meßsystem zum berührungslosen Erfassen von Positionen der Kolbenstange einer Kolben-Zylinder-Einheit mit Hilfe eines Meßfühlers, der sich in einer Längsbohrung der relativ zu ihm axial verstellbaren Kolbenstange befindet und je nach Stellung der Kolbenstange unterschiedliche Ausgangssignale zur Darstellung der jweiligen Kolbenstangenpositionen erzeugt.
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 Signal-, gabe einleitet, sobald der Kolben den betreffenden Ort überfährt (DE-PS 1 590 157). Es gibt auch kontaktlos arbeitende Meßsysteme von im wesentlichen gleicher Bauart, bei denen dann anstelle von Reed-Relais Hallsonden verwendet werden, deren Hallspannung durch den an ihnen vorbeibewegten Permanentmagneten verändert wird, wobei diese Spannungs;inderung zur Anzeige der Kolben- bzw. Kolbenstangenposition au:;gewertet werden kann.
Vor allem in der Ventiltechnik sind außerdem elektronisch arbeitende Position geber 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 Meßsysteme und Positionsgeber (DE-OSen 1 116 oo6 und 1 574 572), 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 die Kolbenstangenposition verwertet wird.
Im übrigen können bei dieser Art Meßsystem die Spulen auch an einem länglichen Halj-er befestigt sein, der in eine axiale Bohrung der relativ zu ihm verstellbaren Kolbenstange taucht (DE-GM 79 1o 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 Kolbenstangenpositiorlen 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 beteitigten bzw. gesteuerten Bauelementes eine Vielzahl von Positionsanzeigen möglich sein soll. Insofern gibt es bereits Lösungen (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 magnetisch vorgespannt ist und dessen Widerstand sich bei Bewegung der Kolbenstange periodisch ändert, und zwar in Abhängigkeit von der Lage der in die Kolben stange 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 großen Anforderungen gestellt werden können, da allein schon der mechanische Aufbau eine nur grobe Codierung und Auflösung des gesamten zu erfassenden Mesweges (ier Kolbenstange zulassen wird. Nachteilig macht es sich außerdem bemerkbar, daß das eigentliche Kolbenstangenmaterial und das gesondert in die'Kolbenstangenoberfläche eingebrachte Material vcrschiedene Reibwerte haben, die ein unerwünschtes ruckartiges Gleiten der Kolbenstange in ihrer im Zylinderkoy)f vorgesehenen Führung zur Folge haben werden, Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines in der Kolben stange einer Kolbenzylindereinheit vorgesehenen Positionsmeßsystems, mit dem die jeweilige Kolbenstangenposition der Kolben-Zylindcr-Einheit-. genau erfaßt werden kann und das codierfähig ist.
Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß bei dem einleitend angeführten Meßsystem in der Kolbenstangenbohrung zumindest ein Magnetspeicher Zängsverlaufend angeordnet ist, der mit Codierungen versehen bzw, versehbar ist, welche den jeweils zu erfassenden Kolbenstangenpositionen zugeodnet sind, und daß zumnindest ein Lesekopf als Teil des ortsfesten Meßfühlers vorgesehen ist, der bei Stillstand und Verstellung der Kolbenstange und damit dec Magnet speichers die Codierung bzw. Codierungen liest und die weiterzuverarbeitenden Ausgangssignale erzeugt.
Das so konzipierte, einfach aufgebaute und sicher funktionierende Meßsystem gestattet sowohl in bezug auf eine vorgegebene Bewegungsstrecke der Kolbenstange die Erfassung der jeweiligen Kolbenstangenposition selbst bei kleinsten Bewegungsstrecken als auch die Erfassung der Position der Kolbenstange bei ihrem Stillstand. Ferner ist es von großem Vorteil, daß das in Rede stehende Meßsystem codierfähig ist, wobei es wiederum vorteilhaft ist, daß eine Codierung ohne Demontage der Kolben- Zylinder-Einheit erfolgen' kann. Dadurch ist es möglich, daß die erwähnte Einheit gewisse Aufgaben einer Programmsteuerung übernehmen kann, indem der in der Einheit untergebrachte, vorzugsweise löschfähige Speicher je nach Aufgabenstellung mit der gewünschten Codierung versehen wird, die z.B. mit einer übergeordneten, externen Steuerung zusammenarbeiten kann, um die beabsichtigten Kolbenstangenbewegungen programmgemäß durchführen zu können. Dies ist z.B. dann von Vorteil, wenn die fragliche Einheit eine größere Masse ortsgenau zum Stillstand bringen muß. In einem solchen Fall kann die betreffende Masse nun z.B. mit einer gewünschten Geschwindigkeitsverzögerung bewegt bzw. abgebremst werden, und diese Verzögerung erlaubt ein ortsgenaues Anhalten der Kolben stange und damit der erwähnten Masse, und zwar an jeder beliebigen Stelle des Gesamthubes der Kolbenstange. Wenn die Kolben-Zylinder-Einheit bei entsprechenzs der Ausgestaltung zur Codierung nicht demontiert'werden braucht, können ferner beispielsweise Korrekturen der Codierung schnell und einfach direkt vorort erfolgen.Es ist aber auch möglich, die Codierung selbst vorort vorzunehmen, ohne daß die Einheit im größerem Umfang demontiert werden muß.
In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Gegenstandes besteht der Lesekopf aus einem Schreib-Lösch-Lesekopf, mit dem die jeweiligen Codierungen in den Magnetspeicher eingeschrieben werden, und ferner ist der codierbare Magnetspeicher mehrspurig und z.B. als Magnetband oder Magnetdraht lusgebildet. Hiermit kann eine umfangreiche Codierung eingespeithert und gegebenenfalls wieder geändert werden.
Die Erfindung ist nachstehend unter Bezug auf die anliegenden Zeichnungen bei;pielsweise näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 Eine erste Aisführungsform der Erfindung im Axialschnitt, Fig. 2 einen Schnitt gemäß der Linie II - II in Fig. 1, Fig. 3 eine zweite Ausführungsform im Axialschnitt, Fig. 4 und 5 Einzelteile der zweiten Ausführungsform in Seitenansicht.
Bei dem ersten Ausfiihrungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 besteht die hydraulisch oder pneumatisch betriebene Kolben-Zylinder-Einheit aus dem Zylinder 1 mit seinem Fußabschluß 2 und seinem Kopfabschluß 3 S0Wi( der Kolbenstange 4 mit dem Kolben 5. Die Kolbenstange 4 weisi eine von ihrem Kolbentragende ausgehende zentrale Längsbohrung 6 auf, in die ein am Zylinderfußabschluß 2 starr befestigter, als Hohlstange ausgebildeter Meßfühlerhalter 7 koaxial hineinragt, und zwar bis in den Bereich des Zylinderkopfabschlusses 3. Die Längsbohrung 6 übertrifft bei vollständig eingefahrener Kolbenstange 4 das in ihrem Innern befindliche Ende des Meßfühlerhalters um ein gewisses Maß, wie noch klar wird. Am erwähnten Innenende des Halters 7 ist ein Meßfühler 8 befestigt, der einen axialen Durchgang 9 für einen stangenartigen Magnetspeicherträger 1o aufweist, der sich weiter in das hohle Innere des Meßfühlerhalters 7 erstreckt und bei vollständig eingefahrener Kolbenstange 4 bis in die Nähe des Zylinderfußabsclusses 2 reicht.
Zur ortsfesten Lagerung des MagnetsI,eicherträgers 1o in der Längsbohrung 6 der Kolbenstange 4 ist ein Gelenk 11 vorgesehen, das in Bcwegungsrichtung der Kolbenstange spielfrei ist, aber zwecks genauer Einstellung axial verschoben werden kann. Es ist in Form eines Kugelgelenkes ausebildet, dessen Kugelkörper 12 den Befestigungsfuß des Sj>eicherträgers 1o bildet und in einer Gelenkpfanne 13 eines geändert in die Längsbohrung 6 eingesetzten Lagerteiles 14 sitzt. Andererseits wird der Magnetspeicherträger im Meßfühler 8 oder dessen Halter 7 axial geführt, wozu diese TeiLe von einem Fachmann ohne weitere Erläuterung entsprechend ausgebildet werden können.
Der Magnetspeicherträger 1o besitzt wenigstens einen codierfähigen Magnetspeicher 15 (Fig. 2), der mehrspurig und als Magnetband, Magnetdraht oder als streifenförmige Magnetplatte ausgebildet sein kann. Ferner erstreckt sich der Speicher 15 im wesentlichen über die gesamte Länge des Trägers 1O. In Fig. 2 weist der Träger 1o auf seiner Unterseite einen weiteren Magnetspeicher 16 der aufgezählten Art auf, so daß ein vielfältiges Programm in den Speichern codiert sein kann. Die einzelnen Codierungen entsprechen dfn jeweils zu erfassenden Kolbenstangenpositionen.
Dem Magnetspeicherträger 10 ist als Teil tles ortsfesten Meßfühlers 8 ein Lesekopf 17 zugeordnet, der die (ler jeweiligen Kolbenstangenstellung entsprechende Codierung des Speichers liest und die in einer externen Steuerung weiterzuverarbeitende: Signale erzeugt, für die eine elektiische Leitung 18 vorgesehen ist.
Die Leitung 18 verläuft im >0eßfühlerhalter 7 und ist an den Lesekopf 17 angeschlossen. Ferner ist ein weiterer Lesekopf 19 vorgesehen, der dem zweiten Magnetspeicher 16 zugeordnet und mit einer elektrischen Leitung 20 verbunden ist.
In vorteilhafter Weiterbildung besteht der oder jeder Lesekopf aus einem solchen Kopf, der auch zum Eingeben und Löschen von Codierungen fähig ist. Somit ist es auf einfache Weise möglich, daß eine bestehende Codierung gelöscht werden kann, wenn die Kolizen-Zylinder-Einheit nach einem anderen Arbeitsprogramm betrieben werden soll, ohne daß die erwähnte externe Steuerung llnbedingt geändert werden muß-.- Dies ist insbesondere dann arorteilhaft, brenn das gewünschte Arbeitsprogramm der Kolben-Zylinder-Einheit für den betreffenden Anwendungsfall grundsätzlich zwar stimmt, aber aufgrund der örtlichen Gegebenheiten oder anderer Umstände gewisser Korrekturen bedarf.
Durch das vorstehend erläuterte Meßsystem ist die Möglichkeit gegeben, daß die erwähnte externe Steuerung einfacher ausgestattet sein kann oder auch; je nach Anwendungsfall, entfallen kann oder als übergeordnete Steuerung mehrere einzelne Kolben-Zylinder-Einheiten bedienen kann bzw. daß die so ausgestattete Kolben-ZyZinder-Einheit vielseitiger eingesetzt werden kann.
In den Fig. 3,4 und 5 ist ein abgeändertes Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der Me9fühlerhalter, der Meßfühler und der Magnetspeicherträger eine andere Form aufweisen.
Der Meßfühlerhalter 21 besteht hier nicht aus einem rohrförmig ausgebildeten Teil, sondern nus einer im Querschnitt halbkreisförmigen Stange, die nur eine axiale Bohrung 21a von kleinem Durchmesser für die elektrischen Leitungen 22,23 für die Köpfe 24,25 aufweist. Der Halter 21 sitzt etwas radial versetzt in der Längsbohrung 6 der Kolbenstange 4, wie aus Fig.3 ersichtlich ist. Den verbleibenden Raum der Längsbohrung 6 füllt der im Querschnitt ebenfalls halbkreisförmige Magnetspeicherträger 26 aus, der dem Meßffihlerhalter 21 radial und parallel gegenüberliegt (Fig. 3) und ortsfest in der Kolbenstangenbohrung 6 angeordnet ist. Ein M;ignetspeicher 27 der vorstehend erwähnten Art ist auf der Flachseite 26a des Trägers 26 befestigt, die den Köpfen 24 und 25 zugewandt ist.
Die Längsbohrung 6 kann somit gegenüber dem anderen Ausführungsbeispiel etwas kürzer ausgeführt werden.
Obwohl die bestimmten Spuren zugeordneten Köpfe 24,25 je fähig sein können, außer Lesen auch Eingeben und Löschen zu können, kann auch so vorgegangen werden, daß z.B. der Kopf 24 nur ein Lesekopf ist, wäHrend der Kopf 25 ein Eingabe- und Löschkopf ist. Beide Köpfe sind dann für alle-Spuren zuständig.
Für den jeweiligen Anwendungsfall wird der Speicher 15,16 bzw.
27 mittels des entsprechenden Eingabekopfes mit der gewünschten Codierung versehen, wobei je nach geforderter Genauigkeit der Gesamthub der Kolbenstange in entsprechend viele Codierungseinheiten unterteilt ist. Auf einer anderen Spur des Speichers kann ein gewänschtes Arbeitsprogramm, das unter Umständen mit einem weiteren Programm in einer externen Steuerung zusammenarl)eitet, eincodiert sein, so daß die über die Anschlüsse A untl B und über den Kolben 5 mittels Druckmittel betriebene Kolbsnstange an den jeweils geforderten Codierungseinheiten stillciesetzt, verzögert, in Gang gesetzt wird oder einen anderen Arbeitsgang ausführt.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche S Meßsystem zum berührungslosen Erfassen von Positionen der Kolbenstange einer Kolben-Zylinder-Einheit mit Hilfe eines Meßfühlers, der sich in einer Längsbohrung der relativ zu ihm axial verstellbaren Kolbenstange befindet und je nach Stellung der Kolben stange unterschiedliche Ausgangssignale zur Darstellung der jeweiligen Kolbenstangenposition erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kolbenstangenbohrung (6) zumindest ein Magnetspeicher (15) längsverlaufend angeordnet ist, der mit Codierungen versehen bzw. versehbar ist, welche den jeweils zu erfassenden Kolbenstangenpositionen zugeordnet sind, und daß zumindest ein Lesekopf (17) als Teil eines ortsfesten Meßfühlers (8) vorgesehen ist, der bei Stillstand und Verstellung der Kolbenstange (4) und damit des Magnetspeichers (15) die Codierung bzw. Codierungen liest und die weiterzuverarbeitenden Ausgangssignale erzeugt.
2. Meßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Schreib-Lösch-Lesekopf (17)vorgesehen ist, mit dem die jeweiligen Codierungen in den Magnetspeicher (15) ,ingeschrieben, gelöscht und gelesen werden.
3. Meßsystem nach Anspruch g oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der codierbare Magnetspercher (15) mehrspurig und als Magnetband, Magnetdraht oder streifenförmige Magnetplatte ausgebildet ist.
4. Meßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein ortsfest am Zylinder (1) montierter Meßfühlerhalter (7) mit den Magnetköpfen (17j19) in die axiale Kolbenstangenbohrung (6) taucht und daß ein im Bodenbereich der Kolbenstangenbohrung befestigter Magnetspeicherträger (1o) mit dem Magnetspeicher (15;16) in einen axialen Durchgang (9) des Meßfühlerhalters taucht.
5. Meßsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetspeicherträger (10) über ein Gelenk (11) mit der Kolbenstange (4) verbunden ist, das in Bewegungsrichtung der Kolbenstange spielfrei ist.
6. Meßsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gelenk (11) als Kugelgelenk ausgebildet ist, dessen Kugelkörper (12) den Befestigungsfuß des Magnetspeicherträgers (lo) bildet und in eine Gelenkpfanne (13) eines gesondert in die Kolbenstangenbohrung (fi) eingesetzten Lagerteiles (14) sitzt.
7.Meßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein ortsfest am Zylinder (1) montierter Meßfühlerhalter (21) mit den Magnetköpfen (24;25) in die Kolbenstangenbohrung (6) taucht und daß radial versetzt und parallel hierzu ein Magnetspeicherträger (26) mit dem Magnetspeicher (27) in der Bolbenstangenbohrung starr befestigt ist.