DE3614300C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wegmeßwertgeber zum Erzeugen eines Signals gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.

Kolben-Zylinder-Einheiten werden im untertägigen Bergbau für verschiedene Zwecke eingesetzt. Ein Beispiel für den Einsatz sind Strebausbaugestelle, deren Höhe mit Hilfe von Kolben-Zylinder-Einheiten verstellt werden kann. Ein weiteres Beispiel ist die Relativverlagerung der Strebausbaugestelle zu entlang des Abbaustoßes verlegten Strebförderern über Kolben-Zylinder-Einheiten, die zwischen die Strebförderer und die Strebausbaugestelle eingegliedert sind. Um entweder direkt an einer Kolben-Zylinder-Einheit oder an einer entfernten Stelle die Information bezüglich der Hubstellung der Kolben-Zylinder-Einheit zur Verfügung zu haben, ist es hierbei bekannt, jede Kolben-Zylinder-Einheit mit einem Weg-Meßwertgeber auszustatten.

Die Arbeitsbedingungen im untertägigen Bergbau machen es erforderlich, daß Wegmeßwertgeber für Kolben-Zylinder-Einheiten sowohl vor mechanischen Beschädigungen als auch vor Verunreinigungen sicher geschützt sind.

Im Umfang des "Handbook of Transducers for Electronic Measuring Systems", 1969, Kapitel 3.3.5, werden ausschließlich offene Systeme, die leitfähigem Staub, Schmutz und Wasser sowie anderen mechanischen Belastungen ungeschützt ausgesetzt sind, offenbart. Außerdem können diese Systeme zu unkontrollierten Schwingungen angeregt werden, da eine flächenmäßig große Berührung zwischen den Kontaktgebern und den Widerstandsbahnen besteht. Dieser Stand der Technik ist demzufolge von einer Verwendung im untertägigen Bergbau ausgeschlossen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Wegmeßwertgeber so zu verbessern, daß seine Einsatzfähigkeit im untertägigen Bergbau ohne Widerstandsverfälschung gewährleistet werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmalen.

Wesentlich an dieser Ausbildung ist der Sachverhalt, daß der Berührungsbereich zwischen der Widerstandsbahn und dem Kontaktstück nunmehr eindeutig von den Räumen mit der leitfähigen Arbeitsflüssigkeit getrennt ist. Hierzu werden die Halbschalen der Widerstandsbahn von einem Isolierstoffrohr umfaßt. Diese Gestaltung ist mechanisch äußerst stabil und gewährleistet die Erzeugung zuverlässiger Signale bei hoher Lebensdauer der Gesamtanordnung. Dieser Tatbestand wird unabhängig davon realisiert, ob die Halbschalen bevorzugt starr mit dem Zylinder gekoppelt sind, während der Kolben bzw. die Kolbenstange den Schleiferarm tragen oder ob die Halbschalen zu einer Bewegungseinheit mit dem Kolben bzw. der Kolbenstange verbunden sind, wobei dann der Schleiferarm bevorzugt starr an den Zylinder gekoppelt ist. Da die zusammenwirkenden Teile des Meßwertgebers vollständig in die Kolben-Zylinder-Einheit integriert sind, und zwar isoliert von den die Arbeitsflüssigkeit enthaltenden Räumen, ist die Gefahr von mechanischen Beschädigungen oder Verschmutzungen des Maßwertgebers mit Beeinträchtigung der Widerstandsverfälschung praktisch vollständig ausgeschlossen. Auch können sich Kolben bzw. Kolbenstange und Zylinder zueinander relativ verdrehen, ohne daß hierdurch das Meßergebnis beeinträchtigt würde. Auf zusätzliche, insbesondere mechanische, Koppelelemente zwischen den bewegten Teilen kann verzichtet werden.

Bei dem Kontaktstück kann es sich um ein Kohlestück, um eine Bürste oder dergleichen handeln, wie sie allgemein als Schleifkontaktelemente Verwendung finden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung (Anspruch 2) sind in den Schleiferarm zwei elektrisch miteinander verbundene Kontaktstücke integriert, von denen jeweils eines an der Innenfläche einer Halbschale anliegt.

Statt der Kontaktstücke kann aber gemäß einer weiteren Ausführungsform (Anspruch 3) ein einziges ringförmiges Kontaktstück Verwendung finden, das gegenüber dem Schleiferarm isoliert ist. Das ringförmige Kontaktstück kann z. B. ein Federring sein.

Was die konstruktive Unterbringung der Teile des Wegmeßwertgebers angeht, so schafft die Erfindung abhängig davon, ob der Schleiferarm vom Zylinder oder vom Kolben bzw. von der Kolbenstange bewegt wird, zwei Alternativen. Nach der ersten Alternative ist vorgesehen, daß bei starrer Verbindung mit dem Zylinder die Halbschalen mittig an dem dem Kolbenraum benachbarten Boden des Zylinders angebracht ist und sich in einen Hohlraum des Kolbens und/oder der Kolbenstange erstrecken, während vom Boden der Kolbenstange ein Haltestab für eine Kontaktstückhalter absteht (Anspruch 4).

In der anderen Alternative, also bei bevorzugt starrer Verbindung der Halbschalen mit dem Kolben, sind die Halbschalen in einem Hohlraum der Kolbenstange vorgesehen, während sich von dem dem Kolben benachbarten Boden des Zylinders aus ein Haltestab für eine Kontaktstückhalter durch eine Mittelbohrung des Kolbens abgedichtet in den Hohlraum hinein erstreckt (Anspruch 5).

In beiden Fällen müssen zu den ohnehin in der Kolben-Zylindereinheit vorgesehenen Dichtungen zusätzliche Dichtungen zwischen dem die Halbschalen umfassenden Isolierstoffrohr bzw. zwischen dem Haltestab für den Kontaktstückhalter einerseits und der mittigen Kolben-Durchführung andererseits vorhanden sein. Jedoch dürfte die starre Anbringung der Halbschalen und des sie umgebenden Isolierstoffrohrs am Boden des Zylinders insofern vorteilhafter sein, als der Kolben im wesentlichen einstückig ausgebildet sein kann, während bei der alternativen Ausführungsform, also der Halbschalen in der Kolbenstange, eine mehrteilige Ausführung des Kolbens bzw. der Kolbenstange notwendig ist, um den Schleiferarm in dem Hohlraum - gegebenenfalls Bestandteil der mit dem Kolben bevorzugt verbundenen Kolbenstange - unterbringen zu können.

Der Schleiferarm kann so ausgebildet sein, daß am freien Ende eines Haltestabs ein aus Isolierstoff bestehender Kon­ taktstückhalter befestigt ist, in welchem eine Radialbohrung mit zwei Kontaktstücken und eine diese Kontaktstücke auseinanderdrückende Feder angeordnet sind (Anspruch 6). Die Druckfeder preßt permanent beide Kontaktstücke radial nach außen und dadurch gegen die Innenwandung der Halbschalen.

In dem Kolben der Kolbenstange bzw. in dem Zylinder ist mindestens eine Leiterdurchführung vorgesehen. Vorzugsweise sind jedoch zwei Leiterdurchführungen für an die Halbschalen anzuschließende elektrische Leiter ausgebildet (Anspruch 7).

Denkbar ist aber gemäß Anspruch 8 auch eine Ausführungsform, bei der beide Enden einer Halbschale an eine Spannungsquelle angeschlossen sind.

Von den Halbschalen kann eine aus elektrisch leitendem Metall, wie beispielsweise Kupfer, und die andere aus einem Widerstandsmaterial, z.B. Kunststoff-Widerstandsmaterial, bestehen (Anspruch 9).

Es können auch beide zylindrische Halbschalen aus Widerstandsmaterial gebildet sein (Anspruch 10).

Im folgenden ist die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Kolben-Zylinder- Einheit mit einem Wegmeßwertgeber;

Fig. 2 einen Schnitt senkrecht zur Längsachse der in Fig. 1 veranschaulichten Einheit;

Fig. 2a einen Schnitt senkrecht zur Längsachse der in Fig. 1 gezeigten Einheit gemäß einer weiteren Ausführungsform;

Fig. 3 einen Längsschnitt einer zur Fig. 1 alternativen Ausführungsform einer Kolben-Zylinder-Einheit mit einem Wegmeßwertgeber und

Fig. 4 einen Längsschnitt entsprechend Fig. 3 gemäß einer weiteren Ausführungsform.

Wie Fig. 1 erkennen läßt, besteht eine Kolben- Zylinder-Einheit 1 aus einem Zylinder 2 und einem darin in Pfeilrichtung verschieblichen Kolben 3 mit Kolbenstange 3 a. Der Kolben 3 unterteilt den Zylinder 2 in einen Kolbenraum 4 und einen Ringraum 5. An seiner Außenfläche besitzt der Kolben 3 eine Dichtung 6. An der Zylinderöffnung ist eine Dichtung 8 vorgesehen. Durch die genannten Dichtungen 6, 8 ist der Kolbenraum 4 vom Ringraum 5 bzw. der Ringraum 5 von der Umgebung getrennt.

In Höhe der Dichtung 6 trägt der Kolben 3 eine zu einem in der Kolbenstange 3 a ausgebildeten Hohlraum 11 hin gerichtete Dichtung 7, die an der Außenfläche eines Isolier­ stoffrohrs 9 anliegt. Das Isolierstoffrohr 9 ist zweckmäßig mit einem Stahlmantel 9 a umhüllt.

Das Isolierstoffrohr 9 ist mit Hilfe eines Halte­ rings 10 am Boden des Zylinders 2 befestigt und ragt in das Innere des Hohlraums 11 etwa bis zur Höhe der Zylinderöffnung im Bereich der Dichtung 8 hinein.

Wie auch aus den Fig. 2 und 2a hervorgeht, um­ faßt das Isolierstoffrohr 9 eine aus Kupfer bestehende zylin­ drische Halbschale 12 und eine von dieser Halbschale 12 mittels Isolierstoffstreifen 14 a, 14 b elektrisch isolierte zylindrische Halbschale 13 aus einem Widerstandsmaterial, z. B. einem Kunststoff-Widerstandsmaterial, wie es üblicher­ weise in der Elektrotechnik zum Einsatz gelangt.

Vom Boden der Kolbenstange 3 a steht ein Haltestab 15 ab, der an seinem freien Ende einen Kontaktstückhalter 16 trägt, der etwa senkrecht zu der Verbindungsebene zwischen den zwei Isolierstoffstreifen 14 a und 14 b verläuft.

In dem Isolierstoff-Kontaktstückhalter 16 verläuft eine Querbohrung 17 (quer zur Längserstreckung des aus dem Haltestab 15 und dem Konstaktstückhalter 16 bestehenden Schleiferarms). In der Querbohrung 17 ist eine als Schrauben­ feder ausgebildete Druckfeder 18 vorgesehen, die zwei an den beiden Enden der Querbohrung 17 gelagerte Kohle- oder Bürsten- Kontaktstücke 19 und 20 nach außen gegen die Innenwandungen der Metall-Halbschale 12 und der Widerstands-Halbschale 13 drückt.

Im Boden des Zylinders 2 befinden sich zwei Leiter­ durchführungen 23 und 24, über welche die zylindrischen Halb­ schalen 12 und 13 an die beiden Anschlüsse 21 bzw. 22 einer Spannungsquelle angeschlossen sind. Bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Anordnung fließt ein Strom von dem Pluspol (Anschluß 21) der Spannungsquelle über den die Leiter­ durchführung 23 im Zylinderboden durchsetzenden Leiter und einen Teilabschnitt der Kupfer-Halbschale 12 zu dem Kontakt­ stück 20 und von da aus durch die als elektrisches Über­ brückungselement dienende Druckfeder 18 zu dem Kontaktstück 19, welches an der Innenseite der Widerstands-Halbschale 13 anliegt. Von dem Kontaktstück 19 aus fließt der Strom zu dem die Leiterdurchführung 24 im Zylinderboden durchsetzenden Leiter zu dem Anschluß 22. An den Anschluß 22 kann ein Wider­ stands-Meßgerät angeschlossen sein, so daß der jeweils ange­ zeigte Widerstandswert nach einmal vorgenommener Kalibrie­ rung ein Maß für die Relativstellung des Kolbens 3 in bezug auf den Zylinder 2 ist.

In einer abgewandelten Ausführungsform können beide zylindrische Halbschalen 12 und 13 aus einem Wider­ standsmaterial bestehen.

In einer anderen Abwandlung gemäß Fig. 4 können die beiden Enden 131, 132 einer Widerstandsbahn 112, 113 an eine Spannungsquelle angeschlossen sein, so daß die von dem Schleiferarm 115, 116 abgegriffene Teilspannung als Wegmeß­ größe gemessen wird.

In der Fig. 2a ist eine Ausführungsform darge­ stellt, in welcher die Kontaktstücke 19, 20 durch ein einziges ringförmiges Kontaktstück 219 ersetzt sind. Das Kontaktstück 219 ist beim Ausführungsbeispiel aus einem Federring gebildet und in den Kontaktstückhalter 16 radial elastisch einge­ bettet.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen hält die Isolierstoffhülse 9 die beiden Widerstandsbahnen 12, 13 und die sie trennenden Isolierstoffstreifen 14 a, 14 b fest zusammen. Man kann auch die zylindrischen Halbschalen 12, 13 als einheitliches Gebilde herstellen und dieses Gebilde dann mit einem isolierenden Überzug versehen, bevor das da­ durch erhaltene rohrförmige Gebilde in die Kolben-Zylinder- Einheit 1 montiert wird.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, die sich von der Ausführungsform nach Fig. 1 dadurch unter­ scheidet, daß die durch die beiden Halbschalen 112 und 113 sowie die sie trennenden Isolierstoffstreifen 114 in Verbin­ dung mit dem Isolierstoffrohr 109 gebildete Einheit nicht am Zylinder 102, sondern an den Kolben 103 bzw. an der Kolben­ stange 103 a festgelegt ist. Das zylindrische Isolierstoffrohr 109 liegt dicht an der Innenfläche des Hohlraums der Kolben­ stange 103 a an. Die Halbschalen 112 und 113 liegen dicht an der Innenfläche des Isolierstoffrohrs 109 an.

In der äußeren Stirnseite des Kolbens 103 befinden sich zwei Leiterdurchführungen 123 und 124, die den Leiter­ durchführungen 23 und 24 bei der Ausführungsform nach Fig. 1 entsprechen. Die beiden aus Metall bzw. aus einem Widerstands­ material bestehenden zylindrischen Halbschalen 112, 113 sind wie beim ersten Ausführungsbeispiel an eine elektrische Span­ nungsquelle angeschlossen. Auch das Messen der Meßgröße er­ folgt wie bei der ersten Ausführungsform.

Der Schleiferarm 115, 116 bei der Ausführungsform nach Fig. 3 besteht aus einem am Boden des Zylinders 102 befestigten Haltestab 115, an dessen freiem Ende ein aus Iso­ lierstoff bestehender Kontaktstückhalter 116 befestigt ist. Der Kontaktstückhalter 116 ist im übrigen genau so aufgebaut, wie der in den Fig. 1, 2 oder 2a gezeigte Kontaktstückhalter 16 und wird deshalb hier nicht noch einmal erläutert.

Der den Kolbenraum 104 von dem Ringraum 105 trennen­ de Kolben 103 ist hier zweiteilig ausgeführt, wie durch eine Trennlinie 130 in Fig. 3 angedeutet ist. Diese Trennung ist deshalb notwendig, um die einzelnen Teile des Meßwertgebers im Hohlraum 111 der Kolbenstange 103 a unterbringen zu können. Der Kolben 103 besitzt eine mittlere Durchgangsbohrung 125, durch die sich der Haltestab 115 gedichtet erstreckt.

Der übrige Aufbau sowie die Funktion der Kolben- Zylinder-Einheit 101 entspricht der ersten Ausführungsform.

Claims (10)

1. Wegmeßwertgeber zum Erzeugen eines Signals, welches repräsentativ für die relative Stellung eines Kolbens zu einem Zylinder einer Kolben-Zylinder-Einheit ist, der eine mindestens mittelbar mit dem Kolben verbundene, sich etwa über den gesamten Hubweg erstreckende Widerstandsbahn, einen mit dem Zylinder bzw. mit dem Kolben verbundenen Schleiferarm und eine an die Widerstandsbahn angeschlossene Spannungsquelle aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Anwendung für den untertägigen Bergbau die von einem Isolierstoffrohr (9; 109) umfaßte Widerstandsbahn aus zwei Halbschalen (12, 13; 112, 113) gebildet ist, die von Isolierstoffstreifen (14 a, 14 b; 114) elektrisch voneinander isoliert sind und daß in den Schleifenarm (15, 16; 115, 116) mindestens ein Kontaktstück (19, 20; 119, 120; 219) integriert ist, das an der Innenfläche der Halbschalen (12, 13; 112, 113) anliegt.

2. Wegmeßwertgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Schleifenarm (15, 16; 115, 116) zwei elektrisch miteinander verbundene Kontaktstücke (19, 20; 119, 120) integriert sind, von denen jeweils eines an der Innenfläche einer Halbschale (12, 13; 112, 113) anliegt.

3. Wegmeßwertgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Schleiferarm (15, 16; 115, 116) ein ringförmiges Kontaktstück (219) integriert ist.

4. Wegmeßwertgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei starrer Verbindung der Halbschalen (12, 13) mit dem Zylinder (2) die Halbschalen (12, 13) mittig an dem dem Kolbenraum (4) benachbarten Boden des Zylinders (2) angebracht sind und sich in einen Hohlraum (11) des Kolbens (3) und/oder der Kolbenstange (3 a) erstrecken, während vom Boden der Kolbenstange (3 a) ein Haltestab (15) für den Kontaktstückhalter (16) absteht.

5. Wegmeßwertgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei starrer Verbindung der Halbschalen (112, 113) mit dem Kolben (103) die Halbschalen (112, 113) in einem Hohlraum (111) der Kolbenstange (103 a) vorgesehen sind, während sich von dem dem Kolbenraum (104) benachbarten Boden des Zylinders (102) aus ein Haltestab (115) für einen Kontaktstückhalter (116) durch eine Mittelbohrung (125) des Kolbens (103) abgedichtet in den Hohlraum (111) hinein erstreckt.

6. Wegmeßwertgeber nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem am freien Ende des Haltestabs (15, 115) befestigten, aus Isolierstoff bestehenden Kontaktstückhalter (16, 116) eine Radialbohrung (17, 117) mit zwei Kontaktstücken (19, 20; 119, 120) und eine die Kontaktstücke (19, 20; 119, 120) auseinanderdrückende Feder (18, 118) angeordnet sind.

7. Wegmeßwertgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kolben (3, 103) oder der Kolbenstange (3 a, 103 a) bzw. in dem Zylinder (2, 102) zwei Leiterdurchführungen (23, 24; 123, 124) für an die Halbschalen (12, 13; 112, 113) anzuschließende elektrische Leiter ausgebildet sind.

8. Wegmeßwertgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß beide Enden (131, 132) einer Halbschale (112, 113) an eine Spannungs­ quelle angeschlossen sind.

9. Wegmeßwertgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß von den zwei Halbschalen (12, 13; 112, 113) die eine aus elektrisch leitendem Metall, z. B. Kupfer, und die andere aus einem Widerstandsmaterial, z. B. Kunststoff-Widerstandsmaterial besteht.

10. Wegmeßwertgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß beide Halbschalen (12, 13; 112, 113) aus Widerstandsmaterial bestehen.