DE3915682C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Zustandsgeber für eine Kolben-Zylinder-Einheit.

Die Position des Kolbens bzw. der Kolbenstange von Pneumatikzylindern sowie die Kraft, welche auf die Kolbenstange bzw. den Kolben wirkt, sind wichtige meßtechnische Größen zur Beschreibung des Zustandes von Pneumatikzylindern. Im Rahmen der zunehmenden Automatisierungstechnik und des zunehmenden Einsatzes von Pneumatikzylinder nimmt die meßtechnische Erfassung aller Größen, die einen Pneumatikzylinder beschreiben zu.

Beispielsweise wird die Belastung von Matratzen mit Hilfe von Pneumatikzylindern festgestellt. Eine vorgegebene Fläche wird an der ausgeführten Kolbenstange angebracht. Mit Hilfe einer Druckmessung in den Zufuhrleitungen zum Pneumatikzylinder wird die Kraft auf den Kolben ermittelt, gleichzeitig wird über ein geeignetes Längenmeßsystem die Stellung (Eindrücktiefe auf die Matratze) bestimmt. Eine anhaltende wechselnde Belastung des Matratzenelementes führt zu Veränderungen der Eindrücktiefe bei gleicher Krafteinwirkung bzw. zu unterschiedlichen Kraftaufwendungen bei gleicher Eindringtiefe.

Herkömmlich werden Pneumatikzylinder als Systeme angesehen, welche per Druckluftzufuhr Bewegungen ausführen. Durch die Integration eines Längenmeßsystems in einen Pneumatikzylinder wird ein solches System um einen Meßwertgeber erweitert, womit die Position der Kolbenstellung ausgegeben werden kann. Um ein solches System vollständig beschreiben zu können, wäre es vorteilhaft, auch noch die Druckdifferenz innerhalb des Pneumatikzylinders sowie die Temperatur und weitere Größen meßtechnisch zu erfassen.

Gelingt es, alle einen Pneumatikzylinder bestimmenden Größen meßtechnisch so zu erfassen, daß die Arbeitsweise des Systems nicht gestört oder behindert wird, wobei eine Messung im Zylinderinnenraum für die Druck- und Temperaturmessung als einzig geeignet erscheint, so ist aus dem unvollständig bekannten Zustand eines Pneumatikzylinders ein meßtechnisch vollständig beschriebenes System geworden.

Während die Längenmessung, d. h. die Stellungserfassung des Zylinderkolbens im geschlossenen Pneumatikzylinder durch das positionsabhängige Multiplex- bzw. POMUX-Meßprinzip (siehe DE 32 44 891 C2) grundsätzlich gelöst ist, gilt dies für die Kraftmessung innerhalb des Zylinders nicht. Physikalisch bestimmt sich die Kraft des Kolbens aus der Druckdifferenz vor und hinter der Kolbenfläche und der Größe der Kolbenfläche. Eine zweifache Druckmessung innerhalb des Zylinders ist aber problematisch wegen der notwendigen Energie- und Signalübertragung.

Aufgabe ist es somit, einen Zustandsgeber anzugeben, der meßtechnische Daten auf einfache Weise liefert.

Gemäß der Erfindung weist der Zustandsgeber zur Lösung dieser Aufgabe die Merkmale des Anspruchs 1 auf. Vorteilhaft ist der Zustandsgeber den Zustandsgrößen gemäß Anspruch 2 zugeordnet.

Bezüglich des Standes der Technik sei noch darauf hingewiesen, daß die berührungslose Energieversorgung und Meßwertübertragung bei Meßwertgebern an sich bekannt sind. So wird z. B. nach DE 29 45 019 C2 ein Meßwertgeber in Form eines Resonanzschwingers über eine Spüle induktiv angeregt, die wiederum mittels einer beleuchteten Diode elektrisch versorgt wird. Die Meßgröße (z. B. Temperatur oder Dichte) wird dabei als Lichtsignal übertragen.

Durch die Ausnutzung der Informationen über die Position des Kolbens können genau die Spulen aktiviert werden, welche zur Energie- und Signalübertragung dem Kolben am nächsten liegen. Dadurch ist gewährleistet, daß mit relativ geringem Energieaufwand eine fortlaufende Versorgung des Elektroniksensorelementes auf dem bewegten Kolben einerseits erfolgt und zum anderen Datenübertragung mit geringem Energieaufwand möglich ist. Auf der Außenwandung des Zylinders möglichst im Innenraum des POMUX sind über die gesamte Länge des Hubes flachliegende (möglicherweise spiralig gewickelte) Spulen angebracht, welche gemäß der Position des Kolbens gemultiplext angesprochen werden.

Der Vorteil dieser Anordnung liegt in der geringen Energieabstrahlung der gemultiplexten Spulen. Eine über die gesamte Länge des Hubes gelegte Spule würde einerseits eine große Energie abstrahlen und zum anderen für die Signalübertragung denkbar ungeeignet sein. Werden z. B. Informationen vom bewegten Teil über Belastungsänderung der im Empfängerteil befindlichen Sende- und Empfangsspule übertragen, so wären diese bei einer entsprechend räumlich groß aufgebauten Spule außerhalb des Kolbens nicht mehr nachweisbar. Die Messung von Druck, insbesondere Druckdifferenz zwischen den beiden Kolbenseiten, direkt am Kolben hat den Vorteil, daß hier die unmittelbar wirkenden und unverfälschten Meßergebnisse zur Verfügung stehen. Bei einer Temperaturmessung kommt hinzu, daß in Folge der Reibung das für die Temperaturmessung geeignetste Element ohnehin der Kolben ist.

Claims (2)

1. Zustandsgeber für eine Kolben-Zylinder-Einheit, bei der am Kolben räumlich abgekapselt elektronische Meßwertaufnehmer angeordnet sind, die berührungslos nach dem Induktionsprinzip über eine oder mehrere am Kolben angebrachte Spulen energetisch versorgt sind und Zustandsgrößen im Zylinderinnenraum unmittelbar am Kolben messen und die zugehörigen Meßsignale an die eine oder die mehreren Spulen am Kolben weitergeben, bei der ferner an der Außenwand des Meßzylinders parallel zur Bewegung des Kolbens über die Länge des Kolbenhubes einzelne Spulen angeordnet sind, welche elektronisch entkoppelt mit Hilfe eines elektronischen Positionsgebers gemäß der Stellung des Kolbens gemultiplext derart angesprochen sind, daß nur jene Spulen frequenzversorgt sind, welche sich in unmittelbarer Nähe des Zylinderkolbens befinden, wobei die Übertragung der Meßsignale und die Energieversorgung induktiv über die Spule bzw. die Spulen am Kolben und die Spulen an der Außenwand des Zylinders erfolgen.

2. Zustandsgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zustandsgrößen durch den Druck, die Temperatur, die Dichte, Lichtdurchlässigkeit und/oder die Schallgeschwindigkeit gebildet sind.