DE3628278C3 - Druckzylinder mit digitalem Wegmeßsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckzylinder mit digitalem Wegmeßsystem.

Ein derartiger Druckzylinder ist aus der DE-OS 33 24 584 bekannt. Diese Druckschrift offenbart die Möglichkeit, den Kolben aus einer Kernstange und einem Mantelrohr aufzubauen und in einer Nut der Kernstange nebeneinander Einzelmagnete anzuordnen, die alternierend entgegengesetzt gepolt sind und deren Felder mit Hilfe von versetzten Sensoren am Zylinder erfaßt werden können.

Ferner ist aus der DE-AS 12 99 432 ein doppelt wirkender Druckzylinder mit integriertem Wegmeßsystem bekannt, welches als analoges Wegmeßsystem arbeitet und bezüglich des Zylinders fest montierte Spulen umfaßt, die mit einem am Kolben montierten Spulenkern zusammenwirken, wobei die Spulen als das eine Element des Wegmeßsystems zumindest überwiegend in einer axialen Bohrung der Kolbenstange angeordnet sind. Dabei wird darauf hingewiesen, daß zur Kompensation des Einflusses von Temperaturschwankungen des Druckmediums und des Druckzylinders auf das Meßergebnis bekannte Methoden angewendet werden können, wie z. B. eine gegenläufige Wicklung der Spulen oder spezielle Kompensationsglieder.

Aus der DE-OS 31 27 116 ist zwar bereits ein Druckzylinder mit einem Wegmeßsystem bekannt, bei dem zwei Belüftungskanäle vorgesehen sind; diese Belüftungskanäle sind jedoch gemäß der zitierten Druckschrift beide in der Wandung eines rohrförmigen Meßfühlers des Wegmeßsystems vorgesehen, der dichtend in eine zentrale Längsbohrung der Kolbenstange des Druckzylinders eingesetzt ist, wobei sich der eine Belüftungskanal nach außen zur Atmosphäre öffnet, während sich der andere Belüftungskanal im Inneren der Kolbenstange in die Längsbohrung derselben öffnet, um auf diese Weise einen Druckausgleich für die sich im Betrieb des Druckzylinders ändernden Volumina zu ermöglichen.

Ausgehend vom Stand der Technik, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem Druckzylinder mit digitalem Wegmeßsystem auf einfache Weise gleichzeitig eine Entlüftung und eine Temperierung der Elemente des Wegmeßsystems zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch den Druckzylinder mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend anhand einer Zeichnung noch näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine erste Ausführungsform des erfin­ dungsgemäßen Druckzylinders und

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Wegmeßsystems.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckzylinders in Fig. 1 zeigt im einzelnen ein als Ganzes mit 10 bezeichnetes Gehäuse, das sich aus einem vorderen Anschlußstück 12, einem Mittelstück 14 und einem hinteren Anschlußstück 16 zusammensetzt. Das Mit­ telstück 14 besitzt eine Bohrung 18, in welcher ein Kolben 20 mit einer Kolbenstange 22 in axialer Richtung der Bohrung 18 verschieblich gelagert ist. Die Kolben­ stange 22 und der Kolben 20 können dabei entweder ein­ stückig ausgebildet sein oder aus zwei miteinander ver­ bundenen Teilen bestehen. Bei diesem ersten Ausführungs­ beispiel erstreckt sich die Kolbenstange 22 von dem Kolben 20 weg in Richtung des vorderen Anschlußstückes 12, ist durch dieses dichtend hindurchgeführt und umfaßt ein aus dem Gehäuse 10 herausragendes Endstück 24, das zur Befestigung eines durch den Druckzylinder zu betätigenden Maschinenelementes mit einem als Stangengewinde ausgebil­ deten Anschlußstück 26 versehen ist.

Der Kolben 20 grenzt zusammen mit dem vorderen Abschluß­ stück 12 und der Bohrung 18 an eine erste Druckkammer 28, in welcher noch die Kolbenstange 22 verläuft. Eine zweite Druckkammer 30 liegt zwischen dem Kolben 20 und dem hin­ teren Anschlußstück 16, das die Bohrung 18 des Mittel­ stücks 14 verschließt. Zur Zufuhr von Druckmedium ist das vordere Anschlußstück 12 mit einem Druckanschluß 32 versehen, der in eine ringförmige Ausnehmung 34 mündet, die sich von der ersten Druckkammer 28 bis zum Anschluß­ stück 12 erstreckt. Desgleichen ist das hintere Anschluß­ stück 16 mit einem Druckanschluß 36 ausgestattet, der in eine zur Bohrung 18 koaxiale zylindrische Ausnehmung 38 mündet, die das hintere Anschlußstück 16 durchsetzt.

Um die zylindrische Ausnehmung 38 nach außen hin zu ver­ schließen, umfaßt das hintere Anschlußstück 16 einen Deckel 40, welcher mit einem zylindrischen Ansatz 42 in der Ausnehmung 38 gehalten ist.

Koaxial zur Bohrung 18 erstreckt sich ein in einer Gewinde­ bohrung 44 des zylindrischen Ansatzes 42 gehaltenes Rohr 46 von dem Deckel 40 in Richtung des vorderen Anschluß­ stückes 12 und greift dabei in eine koaxiale Ausnehmung 48 der Kolbenstange 22 ein. Dabei trägt das Rohr 46 an sei­ nem dem Deckel 40 abgewandten Ende einen ringförmigen Aufnehmer 50, der Teil eines in seiner Funktion später beschriebenen Wegmeßsystems ist. Dieses umfaßt auch noch einen Meßstab 52, der durch den Aufnehmer 50 hin­ durchgeführt ist. Der Meßstab 52 ist in diesem Aus­ führungsbeispiel kolbenstangenfest gehalten, wobei eine Schraube 54 Verwendung findet, die in eine Bohrung 56 eingeschraubt ist, welche ihrerseits die Kolbenstange koaxial von einem vorderen Ende bis zu der Ausnehmung 48 durchdringt und in diese einmündet. Somit erstreckt sich der Meßstab 52 von der Schraube 54 zunächst durch die Bohrung 56 und dann in der Ausnehmung 48 in Richtung auf den Deckel 40, wobei der Meßstab 52 in der Ausneh­ mung 48 entsprechend einer Stellung des Kolbens 20 teilweise von dem Rohr 46 umgeben ist, das den Aufneh­ mer 50 trägt. Zur zusätzlichen Führung des Meßstabs 52 in dem Rohr 46 ist erfindungsgemäß noch ein koaxial zu diesem verlaufendes Führungsrohr 58 vorgesehen, das sich von dem Aufnehmer 50 bis zu dem Deckel 40 erstreckt und bevorzugterweise aus Kunststoff ist, um Beschädigun­ gen des Meßstabs 52 zu vermeiden. Zusätzlich kann zur exakten Führung des Meßstabs 52 in dem Führungsrohr 58 noch ein an einem dem Deckel 40 zugewandten Ende des Meßstabs 52 befestigter Gleiter 60 Verwendung finden.

Durch die Verwendung des Führungsrohrs 58 ergibt sich zwischen einer äußeren Mantelfläche von diesem und einer inneren Mantelfläche des Rohres 46 ein zylin­ drischer Hohlraum 62, der dazu ausgenützt werden kann, Anschlußdrähte 64 des Aufnehmers 50 von diesem längs des Rohres 46 zu dem Deckel 40 und innerhalb dessen durch einen Kanal 66 zu einer Steckverbindung 68 zu führen, welche als Anschluß für eine Auswerteelektronik dient.

Der zylindrische Hohlraum 62 kann aber auch dazu verwendet werden, Heizelemente zur Temperaturstabilisierung des Meßstabs 52 aufzunehmen.

Damit der Aufnehmer 50 und der Meßstab 52 nicht mit dem in der zweiten Kammer 30 vorhandenen Druckmedium beauf­ schlagt sind, ist die Ausnehmung 48 in einem dem Deckel 40 zugewandten Endbereich mit einem Ringwulst 70 versehen, welcher das Rohr 46 dichtend umgibt. Zur Belüftung der somit gegenüber dem Druckmedium abgeschlossenen Ausneh­ mung 48 ist ein erster Belüftungskanal 72 vorgesehen, welcher den Deckel 40 durchdringt und innerhalb des Füh­ rungsrohrs 58 mündet, so daß durch diesen Belüftungs­ kanal 72 einströmende Luft innerhalb des Führungsrohres 58 in Richtung des vorderen Abschlußstückes 12 an dem Meßstab 52 entlangströmt, den Aufnehmer 50 passiert und anschließend in die Ausnehmung 48 gelangt. Von dieser aus hat die Luft die Möglichkeit, wiederum längs des Meß­ stabes 52 zwischen diesem und einer inneren Mantelfläche der Bohrung 56 entlangzuströmen bis zu einem sich inner­ halb des Endstücks 24 in radialer Richtung erstreckenden zweiten Belüftungskanal 74 und durch diesen dann nach außen auszutreten. Mit diesen Belüftungskanälen 72 und 74 be­ steht somit die Möglichkeit, den Meßstab 52 während des Betriebs mit einem Medium zu temperieren. Dabei kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch eine Vergrö­ ßerung und eine Verkleinerung des von der Ausnehmung 48 umschlossenen Volumens beim Hin- und Herfahren des Kol­ bens 20 zum Pumpen dieses Mediums verwendet werden, wo­ bei dann allerdings die Belüftungskanäle 72 und 74 mit entsprechenden Rückschlagventilen ausgerüstet sind.

Der erfindungsgemäße Druckzylinder funktioniert folgen­ dermaßen:

Durch Zufuhr von Druckmedium entweder durch den Druckan­ schluß 32 oder den Druckanschluß 36 wird entweder die erste Kammer 28 oder die zweite Kammer 30 mit dem Druckmedium gefüllt, das seinerseits angrenzende Flächen des Kolbens 20 beaufschlagt und dabei entweder den Kol­ ben 20 in Richtung des hinteren Abschlußstücks 16 oder in Richtung des vorderen Abschlußstücks 12 bewegt. Gleichzeitig mit dieser Bewegung des Kolbens 20 mit der Kolbenstange 22 erfolgt auch eine Relativbewegung des kolbenstangenfesten Meßstabs 52 gegenüber dem gehäuse­ festen Aufnehmer 50 um eine Strecke, die mit der der Be­ wegung des Kolbens 20 identisch ist.

Für die Dimensionierung des Meßstabs 52 ergibt sich somit die Forderung, daß dieser so lang sein muß, daß in jeder Stellung des Kolbens 20 noch ein Teilstück des Meßstabs 52 durch den Aufnehmer 50 hindurchverläuft. Darausfolgend ergibt sich wieder für das Rohr 46 die Forderung, daß dieses in einem eingefahrenen Zustand des Druckzylinders, d.h. bei Beaufschlagung der ersten Kammer mit unter Druck stehendem Druckmedium, den Meß­ stab 52 noch aufnehmen muß, ohne daß dieser an dem Deckel 40 anstößt.

Die schematische Darstellung eines bei einem erfindungsgemäßen Druckzylinder einsetzbaren Meßsystems in Fig. 2 zeigt den Meßstab 52 mit jeweils auf­ einanderfolgenden in Längsrichtung des Meßstabs 52 alternierend magnetisierten Abschnitten 52a und 52b, wo­ bei die jeweilige Magnetisierungsrichtung durch die Pfeile dargestellt ist. Der an dem Meßstab anliegende Aufnehmer 50 umfaßt in einer bevorzugten Ausführungsform zwei Magnetköpfe 50a und 50b, die in einem Abstand von­ einander angeordnet sind, der einer eineinhalbfachen Länge der Abschnitte 52a, 52b entspricht. Von diesen Magnet­ köpfen 50a und 50b führen jeweils Anschlußdrähte 64 zu der Auswerteelektronik 130, welche die Relativbewegung zwischen dem Aufnehmer 50 und dem Meßstab 52 angibt.

Das Meßsystem arbeitet nach dem Prinzip der Magnetaufzeich­ nung, wobei von den Magnetköpfen 50a und 50b die Zahl der an diesen vorbeibewegten Abschnitte 52a und 52e registriert wird. Der Abstand der Magnetköpfe 50a und 50b ist so gewählt, daß, wie in Fig. 2 dargestellt, der Mag­ netkopf 50e dann an einem Übergang von einem der Abschnitte 52a in den benachbarten Abschnitt 52b steht, wenn der Mag­ netkopf 50a in der Mitte eines dieser Abschnitte steht. Durch diese Anordnung ist die Auswerteelektronik 130 in der Lage, eine Verschieberichtung des Meßstabs 52 rela­ tiv zu dem Aufnehmer 50 festzustellen.

Claims (3)

1. Druckzylinder mit einem Gehäuse (10), mit einem darin verschieblich gelagerten Kolben (20), mit einer an dem Kolben (20) gehaltenen Kolbenstange (22), die ein aus dem Gehäuse (10) herausragendes Endstück (24) umfaßt, und mit einem Wegmeßsystem (50, 52) zur digitalen Erfassung einer Verschiebung des Kolbens (20), das ein gehäusefestes und ein kolbenstangenfestes Element aufweist, mit den Merkmalen, daß in der Kolbenstange (22) eine Ausnehmung (48) zur Aufnahme des Wegmeßsystems (50, 52) vorgesehen ist, die sich in dieser von einem dem Endstück (24) entgegengesetzten Ende ausgehend in axialer Richtung erstreckt, daß ein Element des Wegmeßsystems einen Aufnehmer (50) mit mindestens einem Magnetkopf (50a, 50b) und das andere Element einen relativ zu dem Aufnehmer (50) verschieblichen Meßstab (52) mit in aufeinanderfolgenden Abschnitten (52a, 52b) alternierender Magnetisierung in Längsrichtung des Meßstabs (52) umfaßt, daß der Meßstab (52) kolbenstangenfest ist, daß ein diesen umgebendes und in die Ausnehmung (48) ragendes Rohr (46) vorgesehen ist, das mit einem dem Gehäuse (10) zugewandten Ende an diesem gehalten ist und an einem in der Ausnehmung liegenden Ende den Aufnehmer (50) trägt, daß das Rohr (46) in der Kolbenstange (22) dichtend geführt ist, so daß das Wegmeßsystem (50, 52) nicht durch ein Druckmedium beaufschlagt ist, daß der Meßstab (52) innerhalb des Rohres (46) in einem zu diesem koaxialen Führungsrohr (58) geführt ist, daß in das Führungsrohr (58) ein durch das Ge­ häuse (10) führender erster Belüftungskanal (72) mündet, daß ein zweiter Belüftungskanal (74) in der Kolbenstange (22) vorgesehen ist, der einerseits aus dieser im Bereich des Endstücks (24) austritt und andererseits mit der Ausnehmung (48) in Verbindung steht, und daß die Belüftungskanäle (72, 74) derart angeordnet sind, daß ein dem ersten Belüftungskanal (72) zum Temperieren der Elemente (50, 52) des Wegmeßsystems zugeführtes Medium im Innneren des Führungsrohres (58) an dem Meßstab (52) entlangströmt, den Aufnehmer (50) passiert, von dort in die Ausnehmung (48) gelangt und über den zweiten Belüftungskanal (74) nach außen geführt wird.

2. Druckzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Aufnehmer (50) mindestens zwei Magnetknöpfe (50a, 50b) vorgesehen sind.

3. Druckzylinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetköpfe (50a, 50b) in einem Abstand voneinander angeordnet sind, der einem (n+1/2)-fachen einer Ausdehnung der Abschnitte (52a, 52b) in Längsrichtung des Meßstabs (52) entspricht.