DE3738151C2 - - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolbenpositions
detektor für Druckmittelzylinder
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiger Kolbenpositionsdetektor ist aus der JP-PS
47-46 840 bekannt, wobei ein Zungenschalter, der nur auf
den Magnetfluß in der Bewegungsrichtung des Kolbens
reagiert, als Detektor verwendet wird. Durch die JP-PA
58-1 29 106 ist weiterhin ein gattungsgemäßer Kolbenpositionsdetektor
bekannt, bei dem eine Anzahl magnetischer Widerstandsele
mente in einer Brücke vereint sind und als Detektor ver
wendet werden, und dabei auf die Stärke eines wirkenden
Magnetflusses ungeachtet seiner Richtung reagieren.
Üblicherweise ist ein an einen Kolben befestigter Perma
nentmagnet ringförmig und konzentrisch am Außenumfang
des Kolbens befestigt, wobei durch den Permanentmagnet
ein Magnetfeld erzeugt wird, wie es in der Fig. 4 (1)
durch die gestrichelten Linien dargestellt ist. Hierbei
ist die X-Achse die Achse durch den Querschnittsmittelpunkt
des Permanentmagneten parallel zur Mittelachse des Zylinders,
d.h. der Bewegungsrichtung des Permanentmagneten a. Die Stärke
des Magnetfeldes auf der Linie b in Abstand zur X-Achse
ist ungeachtet der Richtung des Magnetflusses proportional
zur Gesamtmenge des Magnetflusses in allen Richtungen.
Wie durch die gestrichelten Linien in Fig. 4 (2) gezeigt,
ist die Magnetfeldstärke an der Linie b, Fig. 4 (1), un
geachtet der Richtung am stärksten an einer Position in
der Mitte des Permanentmagneten a und wird nach
beiden Seiten hin mit größerem Abstand zum Mittelpunkt
schwächer, d.h. die Verteilung ist bergförmig. Im Gegensatz
hierzu wird die Magnetfeldstärke an der Linie b in
Richtung der Linie b an der Position entsprechend dem
Mittelpunkt des Permanentmagneten a am stärksten, und da
der Magnetfluß rechtwinkelig zur Linie b verläuft, wird
die Magnetfeldstärke auf der Linie b und in Richtung der
Linie b beidseitig des Mittelpunkts im Abstand x einmal
Null. Da die Richtung des Magentflusses langsam flacher
wird, wird an vom Mittelpunkt weiter entfernten Positionen
die Komponente in Richtung der Linie b nochmals ansteigen,
so daß eine kleine Nebenlinie entsteht, und fällt dann nochmals
mit der Flußdichte ab. Somit hat die Magentfeldstärke
in Richtung der Linie b eine Verteilung, bei der beidseitig
des mittleren, höheren Spitzenwertes niedrigere Spitzen
werte auftreten.
Daraus folgt, daß wenn der Magnetdetektor, der auf die
Stärke des Magnetflusses ungeachtet seiner Richtung an
spricht, auf der Linie b angeordnet ist, keine große Meß
genauigkeit erzielt werden kann, da der Magnetdetektor in
einem weiten Bereich des Kolbenhubs anspricht. Auch wenn
ein Magnetdetektor, wie beispielsweise ein Zungenschalter,
der nur auf dem Magnetfluß in der Bewegungsrichtung des
Kolbens anspricht, verwendet wird, werden in Abhängigkeit
von der Empfindlichkeitseinstellung, die Detektorsignale
nicht nur an der, der Mitte des Permanentmagneten entsprech
enden Position erzeugt, sondern auch an Positionen erzeugt,
die beidseitig zum Mittelpunkt einen Abstand aufweisen,
was zu einem fehlerhaften Betrieb führt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Positions
detektor zu schaffen, der die Kolbenposition mit hoher
Genauigkeit detektiert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein blattförmiges
magnetisches Induktionsteil mit geringem Restmagnetismus, das zwischen
Zylinder und Magnetdetektor angeordnet ist, wobei das
magnetische Induktionsteil eine ebene Fläche aufweist,
die größer oder gleich der des Magnetdetektors
ist, so daß,
wenn der Permanentmagnet dem Magnetdetektor gegenüber
liegt, das magnetische Induktionsteil gesättigt ist.
Der Unteranspruch betrifft eine vorteilhafte Ausgestaltung
der Erfindung.
Wenn der Permanentmagnet sich an der Position entsprechend der
Vorderseite des Magnetdetektors befindet, ist die auf
den Magnetdetektor wirkende Magnetflußdichte hoch und
der durch das magnetische Induktionsteil induzierte
Magnetfluß wird relativ gering, so daß der größte Teil
des Magnetflusses auf den Magnetdetektor wirkt. Wenn
im Gegensatz hierzu der Permanentmagnet vom Magnetde
tektor abrückt und daher die auf den Magnetdetektor
wirkende Magnetflußdichte langsam abnimmt, wird der
Anteil des Magnetflusses, der durch das magnetische
Induktionsteil einer Nebenschlußinduktion unterzogen
wird, relativ ansteigen und die auf den Magnetdetektor
wirkende Flußdichte wird schnell verringert; darüber
hinaus besteht ein sehr geringer Einfluß der Magnetkraft
auf den Magnetdetektor, da das magnetische Induktionsteil
eine kleine Menge Restmagnetismus aufweist.
Daraus folgt, daß nur dann der Magnetfluß
mit hoher Dichte auf den Magnetdetektor wirkt, wenn
sich der Permanentmagnet an der Vorderseite des Magnetdetek
tors befindet bzw. in einem engen Bereich an beiden Seiten der
vorderen Position verschoben wird. Wenn
der Permanentmagnet leicht aus der Mitte des Magnetdetek
tors verschoben wird, kann die Position des Kolbens mit
hoher Genauigkeit ohne irgendwelche irrtümlichen Operationen
detektiert werden, da der auf den Magnetdetektor wirkende
Magnetfluß schnell verringert wird.
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der folgenden
Figuren im einzelnen beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 einen Positionsdetektor gemäß einer Ausführungs
form der vorliegenden Erfindung im Schnitt, wo
bei ein Permanentmagnet einem Magnetdetektor
element gegenübersteht;
Fig. 2 die Verteilung der Magnetfeldlinien im Zustand
gemäß Fig. 1 im Schnitt;
Fig. 3 die Verteilung der Magnetfeldlinien bei leich
ter Verschiebung des Permanentmagneten gegen
über dem Magnetdetektor, im Schnitt, wobei ein
magnetisches Induktionsteil 12 mit übertrieben
dargestellter Dicke jeweils dargestellt ist;
Fig. 4 (1) ein Verteilungsdiagramm der Magnetfeldlinien,
die durch den Permanentmagneten erzeugt werden;
und
Fig. 4 (2) eine grafische Darstellung der Magnetfeldstärke
(durchgezogene Linie) in Richtung der Linie b
in Fig. 4 (1) und der Magnetfeldstärke (ge
strichelte Linie) unabhängig von der Richtung.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die beim
Detektieren der Kolbenposition eines Luftzylinders ange
wendet ist, wird im folgenden anhand der Fig. 1 bis 3 be
schrieben.
Der in Fig. 1 gezeigte Zylinder 1 besteht aus einem nicht
magnetischen Material, wie beispielsweise Aluminium, nicht
magnetischem, nicht rostendem Stahl od. dgl., und in dem
Zylinder 1 ist ein Kolben 2 passend und bewegbar aufge
nommen. In einer Nut, die am Außenumfang des Kolbens 2
ausgebildet ist, sitzt ein ringförmiger Permanentmagnet
3 mit rechteckigem Querschnitt, und hat Magnetpole mit
entgegengesetzter Polarität, die an beiden seitlichen
Stirnflächen (in der Figur gesehen) ausgebildet sind.
An der Außenfläche des Zylinders 1 ist ein Sensorkörper 5
durch Befestigungsmittel (nicht dargestellt) befestigt,
wobei die untere Seite des Gehäuses 6, die an der Außen
fläche des Zylinders 1 anliegt, aus einem nichtmagnetischen
Material besteht, so daß die Montageposition des Sensor
körpers 5 bewegbar und einstellbar ist. Im Gehäuse 6 des
Sensorkörpers 5 befindet sich ein magnetisches Detektor
element 7, bestehend aus einem magnetischen Widerstands
material, dessen Widerstandswert entsprechend der magne
tischen Feldstärke entlang der Bewegungsrichtung des
Kolbens 2 ansteigt, ein Hall-Element oder ein Zungen
schalter und dgl. der auf einem Substrat 8 im Gehäuse 6
befestigt ist, und zwischen dem magnetischen Detektor
element 7 und der inneren Bodenfläche des Gehäuses 6 ist
wie vorstehend beschrieben ein Spalt gelassen. Der Steuer
schaltkreis 10 des magnetischen Detektorelementes 7 ist
auf einer Oberseite des Substrats 8 angeordnet und ein an
den Steuerschaltkreis 10 angeschlossener Zuführungsdraht
11 ist aus dem Gehäuse 6 herausgeführt. Ein magnetisches
Induktionsteil 12 in Form eines Blattes, bestehend aus
einem magnetischen Material mit einem kleinen Anteil
Restmagnetismus ist in den Spalt zwischen der Unterseite
des magnetischen Detektorelementes 7 und der inneren Boden
fläche des Gehäuses 6 angeordnet.
Das magnetische Induktionsteil 12 hat eine ebene Fläche,
die gleich oder größer als die des magnetischen Detektor
elementes 7 ist, beispielsweise 5×5 mm bis 20×20 mm;
und ist äußerst dünn beispielsweise 20 µ bis 100 µ. Daraus
folgt, daß das magnetische Induktionsteil 12 durch einen
Magnetfluß von nur 10 Gauß gesättigt wird. Als Material
kommt insbesondere eine amorphe Legierung von Eisennickel
reihen oder Eisennickelkobalt-Reihen in Frage, da sie
eine Permeabilität, kleinen Restmagnetismus aufweisen, wo
bei insbesondere der Restmagnetismus verglichen mit dem
mit hoher Frequenz variierenden magnetischen Feld klein
ist. Die amorphe Legierung kann auch in Form von Pulver
verwendet werden, welches auf ein Blatt, eine Anzahl von
dünnen Drähten oder ein aus dünnen Drähten gewirktes Netz
aufgebracht wird.
Als nächstes wird die Funktionsweise der Ausführungsform
beschrieben. Wie aus der Fig. 2 zu ersehen ist, ist, wenn
der Permanentmagnet 3 der Vorderseite des magnetischen
Detektorelementes 7 gegenüberliegt, das magnetische In
duktionsteil 12 magnetisch gesättigt nur durch die Neben
schlußinduktion eines Teils des Magnetflusses, da
der Magnetfluß mit einer hohen Dichte von ungefähr
100 Gauß auf das magnetische Detektorelement 7 wirkt,
und der größte Teil des Magnetflusses auf das magnetische
Detektorelement 7 wirkt.
Im Gegensatz hierzu und wie aus der Fig. 3 zu ersehen ist,
ist wenn der Kolben 2 und der Permanentmagnet 3 gegen
über der Vorderseite des magnetischen Detektorelementes
7 verschoben sind, die Flußdichte, die auf das magnetische
Detektorelement 7 wirkt, graduell verringert und das
magnetische Induktionsteil 12 ist nicht magnetische ge
sättigt, wodurch der Anteil der Nebenschlußinduktion
des Flusses durch das magnetische Induktionsteil 12
schnell erhöht und die auf das magnetische Detektorele
ment 7 wirkende Flußdichte relativ schnell verringert
wird. Darüber hinaus besteht ein kleiner Einfluß durch
die Magnetkraft des magnetischen Induktionsteils 12 auf
das magnetische Detektorelement 7, da das magnetische
Induktionsteil 12 einen geringen Anteil Restmagnetismus
aufweist. Daraus folgt, daß durch geeignete Einstellung
der Empfindlichkeit des magnetischen Detektorelementes 7
dieses nur dann Detektorsignale erzeugen kann, wenn der
Permanentmagent 3 dem magnetischen Detektorelement 7
gegenüber oder innerhalb eines engen Bereiches an beiden
Seiten desselben, liegt. Bei diesem Aufbau kann die
Position des Kolbens 2 mit hoher Genauigkeit und ohne
irgendwelche fehlerhaften Wirkungen detektiert werden.
Wenn die amorphe Legierung der Eisennickelreihe oder der
Eisennickelkobalt-Reihe für das magnetische Induktions
teil 12 verwendet wird, kann die korrekte Detektion
selbst dann durchgeführt werden, wenn der Kolben 2 mit
hoher Geschwindigkeit bewegt wird, da der Restmagnetis
mus für ein mit hoher Frequenz variierendes magnetisches
Feld wie bereits beschrieben klein ist.
Claims (2)
1. Kolbenpositionsdetektor für Druckmittelzylinder
mit einem Permanentmagneten, der an einem in einem Zylinder
aus nichtmagnetischem Material eingepaßten und beweglichen
Kolben befestigt ist,
und einem Magnetdetektorelement, das an der Außenseite
des Zylinders in einer geeigneten Position angeordnet
ist zur Erfassung des Magnetfeldes des Permanentmagneten
und zur Erzeugung entsprechender elektrischer Detektorsignale,
dadurch gekennzeichnet, daß ein blattförmiges
magnetisches Induktionsteil (12) mit geringem Rest
magnetismus zwischen dem Detektorelement (7) und dem
Zylinder (1) angeordnet ist, wobei die ebene Fläche des
Induktionsteils (12) größer oder gleich der Fläche des
Detektorelementes (7) ist und das Induktionsteil (12)
gesättigt ist, wenn sich das Magnetdetektorelement (7)
und der Permanentmagnet (3) gegenüberstehen.
2. Kolbenpositionsdetektor nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß das magnetische Induktions
teil (12) aus einer amorphen Legierung der Eisen-Nickel-
Reihe oder der Eisen-Nickel-Kobalt-Reihe besteht.
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