DE3241525A1 - DEVICE FOR DETECTING THE POSITION OR / AND SPEED OF THE PISTON OF A WORK CYLINDER - Google Patents
DEVICE FOR DETECTING THE POSITION OR / AND SPEED OF THE PISTON OF A WORK CYLINDERInfo
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Description
■χι■ χι
Hannover, den 3. Nov. 1982 . WP 43/82 K./GbHanover, November 3, 1982. WP 43/82 K./Gb
WABCO Steuerungstechnik GmbH & Co., HannoverWABCO Steuerungstechnik GmbH & Co., Hanover
Einrichtung zum Erfassen der Position oder/und der Geschwindigkeit des Kolbens eines Arbeitszylinders Device for detecting the position and / or the speed of the piston of a working cylinder
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Erfassen der Position oder/und der Geschwindigkeit des Kolbens eines Arbeitszylinders gemäß dem Oberbegriff des PatentanspruchsThe invention relates to a device for detecting the position and / or the speed of the piston of a Working cylinder according to the preamble of claim
Derartige Einrichtungen werden z.B. bei industriellem Einsatz von Arbeitszylindern zum Erfassen der Position oder auch der Geschwindigkeit des Kolbens bzw. der Kolbenstange benötigt, um je nach Einsatzzweck mittels der von diesen Einrichtungen gelieferten Signale die Lage eines mit der Kolbenstange verbundenen Teiles bestimmen zu können oder auch bei wechselnder Belastung der Kolbenstange den Druck im Arbeitszylinder zwecks Erreichens einer nahezu konstanten Hubgeschwindigkeit des Kolbens bzw. der Kolbenstange verändern zu können.Such devices are, for example, in industrial use of working cylinders for detecting the position or the Speed of the piston or the piston rod is required by means of these devices, depending on the application signals supplied to be able to determine the position of a part connected to the piston rod or even when the part changes Load on the piston rod increases the pressure in the working cylinder in order to achieve an almost constant stroke speed of the To be able to change the piston or the piston rod.
BADBATH
- Jt - - Jt -
Aus der DE-OS 29 37 998 zum Beispiel ist es bekannt, an der Kolbenstange eines Arbeitszylinders einen Maßstab anzuordnen, welcher bei einer Verschiebebewegung der Kolbenstange an einem Sensor vorbeigeführt wird. Die vom Sensor gelieferten Signale werden einer Auswerteschaltung zugeführt, welche wiederum Regelsignale erzeugt und auf mit dem Arbeitszylinder verbundene Magnetventile gibt.From DE-OS 29 37 998, for example, it is known to arrange a scale on the piston rod of a working cylinder, which is moved past a sensor when the piston rod is moved. The signals delivered by the sensor are fed to an evaluation circuit, which in turn generates control signals and which are connected to the working cylinder Solenoid valves there.
Diese bekannte Einrichtung hat den Nachteil, raumaufwendig ■ zu sein, da sowohl der Maßstab als auch der Sensor außerhalb des Arbeitszylinders angeordnet sind.This known device has the disadvantage of being space-consuming, since both the scale and the sensor are outside of the working cylinder are arranged.
Eine weitere, aus der DE-OS 29.45 895 bekannte Einrichtung zum Erfassen der Kolbenposition ist derart ausgebildet, daß
auf der Kolbenstange eine oder mehrere Magnetspuren vorgesehen sind, die mit einem oder mehreren Magnetfeld-Sensoren
und einer entsprechenden elektronischen Schaltung zusammenwirken.
Die Magnetfeld-Sensoren dieser Einrichtung sind im kolbenstangenseitigen Zylinderdeckel angeordnet.Another device known from DE-OS 29.45 895 for detecting the piston position is designed such that one or more magnetic tracks are provided on the piston rod, which interact with one or more magnetic field sensors and a corresponding electronic circuit.
The magnetic field sensors of this device are arranged in the cylinder cover on the piston rod side.
Diese Einrichtung ist platzsparend und geschützt im Zylinder angeordnet, erfordert jedoch eine relativ aufwendige Behandlung der Kolbenstange des Arbeitszylinders.This device is arranged in a space-saving and protected manner in the cylinder, but requires relatively complex treatment the piston rod of the working cylinder.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich gegenüber den bekannten Einrichtungen mit geringerem Aufwand herstellen läßt.The invention is therefore based on the object of a device of the type mentioned to create, which compared to the known facilities with less effort can be produced.
Diese Aufgabe wird mit der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen aufgezeigt.This object is achieved with the invention specified in claim 1. Developments and advantageous configurations of the invention are set out in the subclaims.
Die Erfindung bietet insbesondere den Vorteil, durch die An-The invention offers the particular advantage of being able to
-Zu-To
ordnung von beliebig vielen Ausnehmungen in der Kolbenstange auf einfache Art und Weise einen mit einem Sensor zusammenwirkenden Maßstab zu erhalten, dessen Genauigkeit den entsprechenden Erfordernissen leicht angepaßt werden kann.arrangement of any number of recesses in the piston rod in a simple manner with a sensor To obtain cooperating scale, the accuracy of which can be easily adapted to the corresponding requirements can.
Wird gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung als Kolbenstange eine einfache, mit einem Überzug versehene Gewindestange verwendet, so läßt sich die vom Sensor abgegebene Impulsdichte durch Verwenden von Gewindestangen mit unterschiedlicher Gewindesteigung leicht verändern.If, according to an advantageous embodiment of the invention, a simple threaded rod provided with a coating is used as the piston rod, the pulse density emitted by the sensor can easily be changed by using threaded rods with different thread pitches.
Anhand der Zeichnungen werden nachstehend drei Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. On the basis of the drawings, three exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 einen doppeltwirkenden Arbeitszylinder mit einer als Gewindestange ausgebildeten Kolbenstange, welche mit einem Aluminiummantel versehen ist, sowie einen mit der Kolbenstange zusammenwirkenden1 shows a double-acting working cylinder with a piston rod designed as a threaded rod, which is provided with an aluminum jacket, as well as one that interacts with the piston rod
Sensor, der an eine elektronische Regel- und Auswerteschaltung angeschlossen ist;Sensor connected to an electronic control and evaluation circuit;
Fig. 2 einen Ausschnitt eines Arbeitszylinders mit Kolbenstange, welche eine Reihe sich radial nach innenFig. 2 shows a section of a working cylinder with piston rod, which is a row radially inward
erstreckender Bohrungen aufweist undhas extending bores and
Fig. 3 einen Ausschnitt eines Arbeitszylinder, dessenFig. 3 shows a section of a working cylinder, the
Kolbenstange mit umlaufenden Nuten versehen ist.Piston rod is provided with circumferential grooves.
In Fig. 1 ist ein ArbeitszyLinder 13 dargestellt, welcher einen mit einer Kolbenstange 5 verbundenen Kolben 11 aufweist. Der Kolben Il unterteilt den Arbeitszylinder in eine kolbenstangenseitige erste Druckmittelkammer 10 und eine der kolbenstangenseitigen Oruckmiltelkammer 10 gegenüberIn Fig. 1, a ArbeitszyLinder 13 is shown which has a piston 11 connected to a piston rod 5. The piston II divides the working cylinder into one piston rod side first pressure medium chamber 10 and a the piston rod-side Oruckmiltelkammer 10 opposite
-X--X-
auf der anderen Seite des Kolbens 11 angeordnete zweite Druckmittelkammer 12. Die erste Druckmittelkammer 10 ist über einen Druckmittelanschluß 19 und eine Druckmittelleitung 18 mit einem ersten Ausgang einer elektrisch ansteuerbaren Ventileinrichtung 16 verbunden. Über eine Druckmittelleitung 14 und einen Druckmittelanschluß 20 ist ein zweiter Ausgang der Ventileinrichtung 16 mit der zweiten Druckmittelkammer 12 des Arbeitszylinders 13 verbunden. Eine Druckmittelleitung 21 verbindet den Druckmitteleingang der Ventileinrichtung 16 mit einer Druckmittelquelle 22.on the other side of the piston 11 arranged second pressure medium chamber 12. The first pressure medium chamber 10 is via a pressure medium connection 19 and a pressure medium line 18 with a first output of an electrically controllable valve device 16 connected. Via a pressure medium line 14 and a pressure medium connection 20 is a second outlet of the valve device 16 with the second pressure medium chamber 12 of the working cylinder 13 tied together. A pressure medium line 21 connects the pressure medium inlet of the valve device 16 to a pressure medium source 22.
Die Ventileinrichtung 16 beinhaltet sowohl für die erste Druckmittelkammer 10 als auch für die zweite Druckmittelkammer 12 des Zylinders je ein Einlaßventil und je ein Auslaßventil. Jedem Auslaßventil ist wenigstens eine Drossel zugeordnet. Die Kolbenstange 5 weist über ihre gesamte Länge Flachgewinde 6 auf und ist mit einem Aluminiummantel 7 versehen.The valve device 16 includes both for the first pressure medium chamber 10 and for the second pressure medium chamber 12 of the cylinder one inlet valve and one outlet valve each. At least one throttle is assigned to each outlet valve. The piston rod 5 has flat threads over its entire length 6 and is provided with an aluminum jacket 7.
Anstelle von Flachgewinde kann auch Trapez- oder Spitzgewinde vorgesehen werden. In der die kolbenstangenseitige Druckmittelkammer 10 begrenzenden, als Zylinderdeckel 23 ausgebildeten Stirnwand ist eine mit einem Dichtring 8 versehene Ausnehmung angeordnet, durch welche die Kolbenstange 5 aus dem Arbeitszylinder 13 herausgeführt ist.Instead of flat threads, trapezoidal or pointed threads can also be provided. In the pressure medium chamber on the piston rod side 10 delimiting the end wall designed as a cylinder cover 23 is a recess provided with a sealing ring 8 arranged through which the piston rod 5 is led out of the working cylinder 13.
Im Zylinderdeckel 23 ist ein mit einem Polschuh 4 versehener Sensor 3, 4 senkrecht zur Längsachse der Kolbenstange 5 angeordnet. Der Sensor enthält einen Dauermagneten. Der Polschuh 4 des Sensors 3, 4 ist so bemessen, daß beim Vorbeifahren der mit Gewinde 6 versehenen Kolbenstange 5 am Polschuh 4 nicht mehrere der durch das Gewinde 6 gebildeten Erhöhungen gleichzeitig vom Polschuh 4 überdeckt werden. Vom Sensor 3, 4 führt eine Signalleitung 2 zu einem Eingang einer elektronischen Auswerte- und Regelschaltung 1, die einen Analog-Digital-Wandler zur Umwandlung einer sinusförmigen Spannung in Rechteck-Impulse enthält. Die elektronische Auswerte- und Regelschaltung ist über Signalleitungen 15,17 mit der Ventileinrichtung 16 verbunden.In the cylinder cover 23, a sensor 3, 4 provided with a pole shoe 4 is arranged perpendicular to the longitudinal axis of the piston rod 5. The sensor contains a permanent magnet. The pole piece 4 of the sensor 3, 4 is dimensioned so that when driving past the Piston rod 5 provided with thread 6 on pole piece 4 does not have several of the elevations formed by thread 6 at the same time are covered by the pole piece 4. A signal line 2 leads from the sensor 3, 4 to an input of an electronic evaluation and control circuit 1, which has an analog-digital converter for converting a sinusoidal voltage into square-wave pulses contains. The electronic evaluation and control circuit is connected to the valve device 16 via signal lines 15, 17 tied together.
Die Funktion der erfindungsgemäßen Einrichtung wird nachstehend näher erläutert.The function of the device according to the invention is explained in more detail below.
Es wird angenommen, daß in die zweite Druckmittelkammer 12 Druckmittel eingesteuert und so der Kolben 11 mit der Kolbenstange 5 in Richtung auf die kolbenstangenseitige erste Druckmittelkammer 10 zu verschoben wird. Entsprechend der Steigung des eingesteuerten Druckes wird die mit dem Kolben 11 verbundene Kolbenstange 5 schneller oder langsamer am Polschuh 4It is assumed that pressure medium is fed into the second pressure medium chamber 12 and so is the piston 11 with the piston rod 5 in the direction of the piston rod-side first pressure medium chamber 10 to is postponed. The pressure connected to the piston 11 is corresponding to the increase in the pressure applied Piston rod 5 faster or slower on pole piece 4
IQ des Sensors 3,4 vorbeigeführt. Das sich zwischen dem Polschuh Λ des Sensors 3,4 und der mit Gewinde 6 versehenen Kolbenstange aufbauende Magnetfeld wird beim Vorbeifahren der Kolbenstange am Polschuh 4 wechselweise stärker und wieder schwächer, je nachdem ob sich unter dem Polschuh 4 eine Erhöhung oder eine IQ of the sensor 3.4 passed. The magnetic field that builds up between the pole piece Λ of the sensor 3, 4 and the threaded piston rod 6 becomes alternately stronger and weaker again as the piston rod passes the pole shoe 4, depending on whether there is an increase or a
I^ Vertiefung des Gewindes 6 befindet. Der Sensor 3,4 gibt eine Ausgangsspannung ab, die z.B. sinusförmig verlaufen kann. Diese Ausgangsspannung gelangt über die Signalleitung 2 zur Auswerteschaltung der elektronischen Auswerte- und Regelschaltung 1. Die Auswerteschaltung ist so ausgebildet, daß sie einen Impuls erzeugt, wenn das Magnetfeld eine Stärke erreicht, die nur beim Vorbeifahren einer Erhöhung des Gewindes 6 am Polschuh des Sensors 3,4 auftritt. Von der Auswerteschaltung werden die f~*- pro Zeiteinheit auftretenden Impulse gezählt und so die Geschwindigkeit des Kolbens 11 bzw. der Kolbenstange 5 ermittelt. I ^ recess of the thread 6 is located. The sensor 3, 4 emits an output voltage which, for example, can be sinusoidal. This output voltage reaches the evaluation circuit of the electronic evaluation and control circuit 1 via the signal line 2 , 4 occurs. From the evaluation circuit, the f ~ * are - pulses occurring per unit of time counted, and the speed of the piston 11 and the piston rod 5 is determined.
Die so ermittelte IST-Geschwindigkeit wird mit einer vorgegebenen SOLL-Geschwindigkeit verglichen. Überschreitet der IST-Geschwindigkeitswert den SOLL-Geschwindigkeitswert, so wird ein Ausgangssignal erzeugt, welches über die Signalleitung 17 auf die Ventileinrichtung 16 gelangt. Dcis von der elektronischen Auswerte- und Regelschaltung 1 abgegebene Signal bewirk!, dal? der Druck in der ersten Druckmittelkammer 10 des Arbeitszylinders solange gedrosselt abgebaut wird bis die IST-Geschwindigkeit des Kolbens 11 bzw. der Kolbenstange 5 der vorgegebenen SOLL-Geschwindigkeit entspricht.The ACTUAL speed determined in this way is specified with a TARGET speed compared. Exceeds the actual speed value the target speed value, an output signal is generated, which via the signal line 17 on the valve device 16 arrives. Dcis from the electronic Evaluation and control circuit cause 1 output signal! Dal? the pressure in the first pressure medium chamber 10 of the working cylinder is reduced in a throttled manner until the ACTUAL speed of the piston 11 or the piston rod 5 corresponds to the specified target speed.
JS-JS-
Unterschreitet die Geschwindigkeit des Kolbens 11 bzw. der Kolbenstange 5 die SOLL-Geschwindigkeit, so wird durch Ausschalten der Drossel der Druckabbau in der ersten Druckmittelkammer 10 beschleunigt und so die Kolbengeschwindigkeit erhöht.If the speed of the piston 11 or the piston rod 5 falls below the SET speed, then through Switching off the throttle accelerates the pressure reduction in the first pressure medium chamber 10 and thus the piston speed elevated.
Wird die Auswerteschaltung so ausgebildet, daß der Abstand zwischen jeweils zwei Impulseneinen definierten Weg darstellt, so läßt sich über den gesamten Kolbenhub die augenblickliche Position des Kolbens 11 bestimmen.If the evaluation circuit is designed so that the distance between two pulses represents a defined path, the instantaneous position of the piston 11 can thus be determined over the entire piston stroke.
In Fig. 2 ist ein Ausschnitt eines Arbeitszylinders 24 dargestellt, aus welchem eine Kolbenstange 29 herausgeführt ist. Die Kolbenstange 29 ist aus magnetisierbarem Material' gefertigt und weist in Richtung ihrer Längsachse verlaufend eine Anzahl sich radial nach innen erstreckender Bohrungen 28 auf, die im gleichen Abstand zueinander angeordnet sind. Die Bohrungen 28 sind mit einem nicht magnetisierbaren Material 27 ausgefüllt. Die Kolbenstange 29 wird von einem Dichtring 26, welcher in der Wandung einer im Zylinderdeckel 25 vorgesehenen Ausnehmung gelagert ist, dichtend umschlossen.In Fig. 2 a section of a working cylinder 24 is shown, from which a piston rod 29 is led out. The piston rod 29 is made of magnetizable material ' and has a number of bores extending radially inwardly in the direction of its longitudinal axis 28, which are arranged at the same distance from one another. The bores 28 are with a non-magnetizable Material 27 completed. The piston rod 29 is supported by a sealing ring 26, which is in the wall of a cylinder cover 25 provided recess is mounted, sealingly enclosed.
Im Zylinderdeckel 25 ist senkrecht zur Kolbenstangen-Lauffläche ein Sensor 32, 31 so angeordnet, daß zwischen der Mantelfläche der Kolbenstange 29 und dem Polschuh 31 des Sensors 32, 31 ein geringer Luftspalt verbleibt.In the cylinder cover 25, a sensor 32, 31 is arranged perpendicular to the piston rod running surface so that between the lateral surface a small air gap remains between the piston rod 29 and the pole piece 31 of the sensor 32, 31.
Die Funktion dieser Einrichtung ist die gleiche wie die der in Fig. 1 beschriebenen Einrichtung. Die zur Veränderung des sich zwischen dem Polschuh 31 des Sensors 32,31 und der Kolbenstange 29 aufbauenden Magnetfeldes erforderlichen Erhöhungen und Vertiefungen werden durch die Bohrungen 28 und die zwischen den Bohrungen 28 verbleibenden Stege 30 gebildet.The function of this device is the same as that in Fig. 1 described device. The change between the pole piece 31 of the sensor 32,31 and the piston rod 29 building magnetic field required elevations and depressions are through the holes 28 and the webs 30 remaining between the bores 28 are formed.
Es ist auch möglich, in den Bohrungen lichtreflektierende Elemente vorzusehen, welche bündig mit der Mantelfläche
der Kolbenstange abschließen und mit einem Lichtsensor zusammenwirken.
5 It is also possible to provide light-reflecting elements in the bores, which end flush with the lateral surface of the piston rod and interact with a light sensor.
5
Eine weitere Möglichkeit, die Kolbenstange mit den erforderlichen Erhöhungen und Vertiefungen zu versehen, wird in
- Fig. 3 aufgezeigt.
In einem Zylinder 40 ist ein nicht dargestellter Kolben angeordnet,
welcher mit einer Kolbenstange 36 verbunden ist.Another possibility of providing the piston rod with the necessary elevations and depressions is shown in FIG. 3.
A piston (not shown), which is connected to a piston rod 36, is arranged in a cylinder 40.
Die Kolbenstange 36 ist durch eine im Zylinderdeckel 33The piston rod 36 is in the cylinder cover 33 through a
angeordnete Ausnehmung aus dem Zylinder herausgeführt. Um ein ungewolltes Austreten von Druckmittel aus dem Zylinder zu verhindern, ist in der Wandung der Ausnehmung für den Durchtritt der Kolbenstange 36 ein Dichtring 34 anarranged recess led out of the cylinder. In order to prevent unintentional escape of pressure medium from the cylinder, there is a recess in the wall For the passage of the piston rod 36, a sealing ring 34 is attached
geordnet, welcher die Kolbenstange 36 dichtend umschließt. Die Kolbenstange 36 weist im gleichen Abstand zueinander angeordnete umlaufende Nuten 41 auf. Um eine ebene Lauffläche zu erhalten, ist die Kolbenstange 36 mit einem Kunst-Stoffmantel 35 versehen. Im Zylinderdeckel 33 ist ein Sensorordered, which encloses the piston rod 36 sealingly. The piston rod 36 has circumferential grooves 41 arranged at the same distance from one another. Around a level running surface To obtain, the piston rod 36 is provided with a plastic jacket 35. A sensor is located in the cylinder cover 33
39» 38 senkrecht zur Kolbenstangen-Längsachse angeordnet. Die zur Veränderung des sich zwischen dem Polschuh 38 des39 »38 arranged perpendicular to the longitudinal axis of the piston rod. The to change the between the pole piece 38 of the
-^ Sensors 39, 38 und der Kolbenstange 36 aufbauenden Magnet- ^ sensors 39, 38 and the piston rod 36 building magnet
feldes erforderlichen Erhöhungen und Vertiefungen werden von den umlaufenden Vorsprüngen 37 und den umlaufendenFields required elevations and depressions are of the circumferential projections 37 and the circumferential
Nuten 41 gebildet.Grooves 41 are formed.
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Also Published As
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