DE4017232A1 - Naeherungssensor-anordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Näherungssensor-Anordnung für schwer zugängliche Näherungspositionen, insbesondere in kompak­ ten Maschinenteilen, die rauhen Betriebsbedingungen unter­ worfen sind, mit einem an einem relativ zur Näherungsposition bewegbaren ersten Element angebrachten Permanentmagneten und mit einem das Erreichen der Näherungsposition durch den Perma­ nentmagneten erfassenden, magnetfeldsensitiven Sensor.

Näherungssensor-Anordnungen werden für die verschiedensten Zwecke überall dort eingesetzt, wo eine bestimmte Relativ­ position zwischen zwei relativ zueinander beweglichen Teilen erfaßt werden muß, um beispielsweise Steuer- oder Kontroll­ vorgänge auszulösen. Vor allem kommen derartige Näherungs­ sensor-Anordnungen in Maschinen- und Robotersteuerungen zum Einsatz. Es ist bekannt, hierfür an einem Element, vorzugs­ weise an einem feststehendem Element, einen magnetfeldempfind­ lichen Sensor anzubringen, während an einem relativ zu diesem Element bewegbaren anderen Element ein Permanentmagnet ange­ bracht ist. Gelangt der Permanentmagnet in eine bestimmte Näherungsposition zum Sensor, so wird in diesem ein Positions­ signal erzeugt, das das Erreichen der Näherungsposition an­ zeigt. Von dem an der Näherungsposition angeordneten Sensor führen dann Signalleitungen durch das entsprechende Element hindurch oder an diesem entlang bis zu einer Auswertevorrich­ tung.

Bei rauhen Betriebsbedingungen müssen die Signalleitungen in jedem Falle innerhalb des entsprechenden Elements verlegt werden, um Beschädigungen zu vermeiden. Bei schwer zugäng­ lichen Näherungspositionen müssen in konstruktiv aufwendiger Weise Kanäle durch das Element oder mehrere Elemente bis zur Näherungsposition geschaffen werden, in die dann die Signal­ leitungen gelegt werden. Bei etwaigen Defekten der Signal­ leitungen oder des Sensors muß in aufwendiger Weise eine Demontage der entsprechenden Maschine erfolgen, um zum schwer zugänglichen Näherungssensor zu gelangen. Bei Defekten der Signalleitungen müssen die entsprechenden Kanäle in vielen Fällen neu hergestellt werden, da die Leitungen vergossen sind. Durch Erschütterungen bei rauhen Betriebsbedingungen, oft noch unter Einflüssen agressiver Substanzen, kann es leicht zu Defekten des Sensors oder Signalleitungen führen, so daß jedesmal aufwendige Reparaturarbeiten zu leisten sind.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Näherungssensor-Anordnung der eingangs genannten Gattung zu schaffen bei der der Näherungssensor trotz schwer zugäng­ licher Näherungsposition leicht zugänglich und geschützt angeordnet werden kann, wobei im die Näherungsposition fest­ legenden Element keine empfindlichen Bauteile, wie der Sensor oder Signalleitungen angeordnet sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Sensor von der Näherungsposition entfernt angeordnet ist, wobei ein weich­ magnetisches, vorzugsweise langgestrecktes Verbindungsele­ ment die Näherungsposition mit dem Sensor verbindet.

Das weichmagnetische Verbindungselement kann als robustes, praktisch unzerstörbares Element das magnetische Feld des Permanentmagneten von der Näherungsposition zu einer ent­ fernten Position übertragen, wo der Sensor geschützt und leicht zugänglich angeordnet werden kann. Da der Sensor und die Signalleitungen zum vorzugsweise außerhalb des die Näherungs­ position festlegenden Elementes angeordnet sind, können sie zum einen leicht ausgewechselt oder repariert werden und sie sind zum anderen nicht den rauhen Betriebsbedingungen im Bereich der Näherungsposition unterworfen. Eine Demontage einer Maschine oder eines Roboters zum Auswechseln von Ele­ menten der Näherungssensor-Anordnung ist nicht mehr erforder­ lich.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im An­ spruch 1 angegebenen Näherungssensor-Anordnung möglich.

Das Verbindungselement kann zweckmäßigerweise flach, draht- oder stabförmig ausgebildet werden, wodurch ein Einsetzen in eine bis zur Näherungsposition reichende Bohrung durch das Element hindurch leicht möglich ist.

Um ein längeres und sichereres Signal beim Erreichen oder Passieren der Näherungsposition durch den Permanentmagneten zu erreichen, ist das Verbindungselement teilweise parallel zur Bewegungsrichtung des Permanentmagneten angeordnet. Hier­ durch bleibt es beim Passieren des Permanentmagneten länger im Einflußbereich von dessen Magnetfeld.

Der Sensor ist zweckmäßigerweise an einem von der Näherungs­ position entfernten Randbereich des zweiten Elements angeordnet, wobei das Verbindungselement durch das zweite Element verläuft. Sind agressive Mittel oder Substanzen im Bereich der Näherungs­ postion vorhanden, so ist das Verbindungselement dichtend im zweiten Element angeordnet, damit diese Substanzen nicht zum Sensor oder außerhalb der gesamten Anordnung gelangen können.

Zur Erhöhung der Wartungsfreudigkeit ist der Sensor am Rand­ bereich des zweiten Elements anschraubbar oder ansteckbar ausgebildet.

Besteht das zweite Element nicht aus einem nichtmagnetischen, sondern aus einem hartmagnetischen Werkstoff, so bildet das in einem Verbindungskanal im zweiten Element angeordnete Verbindungs­ element über wenigstens den wesentlichen Teil seiner Länge einen Abstand zum zweiten Element, damit die Übertragung des magne­ tischen Felds nicht zu sehr gedämpft wird. Zur Festlegung des Ab­ standes wird das Verbindungselement zweckmäßigerweise von einem nichtmagnetischen Werkstoff, wie Aluminium, Kunststoff, oder einem den magnetischen Fluß abweisenden und abschirmenden Werk­ stoff, wie z. B. Mu-Metall, umgeben.

Der Sensor ist zweckmäßigerweise als insbesondere elektro­ nischer Magnetschalter ausgebildet, der mit einer Schaltungs­ anzeige versehen ist.

Besonderes geeignet ist die erfindungsgemäße Näherungssen­ sor-Anordnung für eine Vorrichtung, bei der das zweite Ele­ ment als Führungsschiene ausgebildet ist, an der das erste Element verschiebbar geführt ist. Da eine derartige Führungs­ schiene im allgemeinen mit Abstandshalteelementen fixiert ist, verläuft das Verbindungselement wenigstens durch die Führungsschiene und ein Abstandshalteelement. Der Sensor wird dabei weit außerhalb der einer hohen Belastung und Erschüt­ terungen ausgesetzten Führungsschiene in einer sicheren Posi­ tion angeordnet, während das robuste und selbst bei Beschädi­ gungen noch seine Funktion beibehaltende Verbindungselement zur Näherungsposition in der Führungsschiene verläuft.

Besonders geeignet ist die erfindungsgemäße Näherungssen­ sor-Anordnung für Harpunenförderer.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Harpunenförderer mit einer Näherungssensor-Anordnung als Aus­ führungsbeispiel,

Fig. 2 einen entsprechenden Querschnitt durch den Harpunenförderer und

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Harpunenförderer in schematischer Darstellung.

Bei dem in den drei Figuren dargestellten Harpunenförderer ist eine Harpunenstange 10 mit teilringförmigen Querschnitt an einer Führungsschiene 11 mit runden Querschnitt geführt. Die Führungsschiene 11 ist mittels einer vertikalen Abstands­ platte 12 beabstandet am Boden 13 einer wannenförmigen Förder­ rinne 14 fixiert. Übliche Harpunenförderer sind zwischen 20 und 150 m lang, wobei die Führungsschiene 11, die Abstands­ platte 12 und die Förderrinne 14 im wesentlichen dieselbe Länge aufweisen, sie können jedoch selbstverständlich aus Teilelementen zusammengesetzt sein.

Ein derartiger Harpunenförderer ist üblicherweise unter einer Transferstraße angeordnet, die aus verschiedenen Fertigungs­ stationen besteht. Dabei fallen bei der Fertigung entstan­ dene Späne oder sonstige Abfallprodukte vermischt mit Schmier- und Ölmitteln zur Entsorgung in die Förderrinne 14. Diese ist leicht geneigt, so daß die Schmier- und Kühlmittel abfließen können. Zum Abtransport der oft als Spiralen oder Knäuel vor­ liegenen Späne dienen V-förmig sich nach vorne in die Förder­ richtung F erstreckende Förderstreben 16 an der Harpunen­ stange 10. Etwas nach unten versetzt sind an den seitlichen Wandungen der Förderrinne 14 ebenfalls sich nach vorne er­ streckende Rückhaltestreben 17 befestigt, die bei einer Rück­ bewegung der Harpunenstange 10 verhindern, daß die Späne wieder mit zurückgezogen werden.

Am vom Antriebszylinder 15 entfernten Endbereich des Harpunenför­ derers ist eine Näherungssensor-Anordnung gemäß der Fig. 1 und 2 angeordnet, die den ordnungsgemäßen Zustand der Har­ punenstange 10 überprüft. Bei einem Bruch der Harpunenstange 10 wird nämlich ab der Bruchstelle nicht mehr gefördert, so daß sich durch die weiter ablaufende Zuförderung bis zu dieser Stelle ein Stau bilden kann, der zu einer völligen Verstopfung des Harpunenförderers führen kann. Durch die Verfestigung der Späne ist eine Reparatur dann nur noch mit sehr großem tech­ nischen Aufwand und Kostenaufwand möglich. Das Prüfprinzip besteht darin, daß durch die Nährungssensor-Anordnung fest­ gestellt wird, ob die Hin- und Herbewegung der Harpunenstange 10 auch im Endbereich noch stattfindet.

Hierzu ist ein Permanentmagnet 18 im oberen mittleren Bereich der Harpunenstange 10 eingelassen. Senkrecht zur Förderrich­ tung erstreckt sich ein Kanal durch die Abstandsplatte 12 und die Führungsschiene 11. In diesem Kanal ist ein weichmagne­ tischer Stab 19 eingesetzt, dessen oberer Endbereich abgewin­ kelt ist. Der abgewinkelte Bereich erstreckt sich entlang der Oberseite der Führungsschiene 11 parallel zur Förderrichtung. Der Stab 19 ist von einer Kunststoffschicht 20 umgeben, wo­ durch ein Abstand zwischen dem weichmagnetischem Stab 19 und dem üblicherweise hartmagnetischem Edelstahlmaterial der Ab­ standsplatte 12 und der Führungsschiene 11 gebildet wird. Diese Kunststoffschicht 20 übt auch eine Dichtwirkung aus und verhindert, daß Schmier- und Kühlmittel sowie Schmutz durch den Kanal nach außen gelangt. Es genügt selbstverständlich auch, wenn nur die Endbereiche oder einer der Endbereiche abgedichtet wird, zum Beispiel durch Verschweißen des weich­ magnetischen Stabes 19 im Endbereich mit dem umgebenenden Metall.

Am unteren Ende reicht der weichmagnetische Stab 19 durch die Förderrinne 14 hindurch bis zu deren Außenfläche. Eine das untere Ende des Stabes 19 umgreifende Halterung 21 dient zur Fixierung eines elektronischen Magnetschalters 22, der hier­ durch mit dem weichmagnetischen Stab 19 verbindbar ist. Die Halterung 21 kann dabei eine Schraub-, Bajonett -, Klemm- oder Steckhalterung sein. Dieser Magnetschalter 22 ist mit einer optischen Schaltungsanzeige 23 versehen, zum Beispiel einer Leuchtdiode. Weiterhin ist der Magnetschalter 22 über ein Signalkabel 24 mit einer elektronischen Auswerte- und Steuervorrichtung 25 verbunden.

Gelangt der Permanentmagnet 18 durch Verschieben der Harpunen­ stange 10 in den Bereich des weichmagnetischen Stabes 19, so wird dieser magnetisiert- bzw. ummagnetisiert, wodurch der am anderen Ende angeordnete Magnetschalter 22 anspricht und ein Positionssignal der Auswerte- und Steuervorrichtung 25 zu­ führt. Beim Zurückfahren der Harpunenstange 10 überfährt der Permanentmagnet 18 erneut die Näherungsposition des weich­ magnetischen Stabes 19, wodurch ein erneutes Signal vom Mag­ netschalter 22 erzeugt wird. Zyklisch erzeugte Sensorsignale zeigen daher die ordnungsgemäße Funktion des Harpunenförderers an, während der der Permanentmagnet 18 zyklisch den weichmag­ netischen Stab 19 überfährt.

Bei einer einfacheren Ausführung kann der parallel zur Förder­ richtung verlaufende Bereich des weichmagnetischen Stabes 19 auch entfallen, was zu einer Signalverkürzung führt. Anstelle einer Kunststoffschicht 20 kann auch eine andere Schicht aus nichtmagnetischem Material treten, zum Beispiel eine Aluminium­ schicht. Je weichmagnetischer das umgebende Material ist, desto dicker sollte eine derartige Schicht sein. Andererseits kann sie dünner werden, je hartmagnetischer dieses Material wird, und schließlich auch ganz entfallen, insbesondere wenn das umgebende Material ein nichtmagnetisches Material ist, zum Beispiel Aluminium.

Anstelle eines elektronischen Magnetschalters kann selbstver­ ständlich auch ein anderer bekannter Magnetsensor treten.

Die Anwendung der beschriebenen Näherungssensor-Anordnung ist selbstverständlich nicht auf Harpunenförderer beschränkt, sondern ist überall dort möglich, wo eine Näherungsposition eines mit einem Permanentmagneten versehenen beweglichen Teils erfaßt werden soll. Es ist lediglich erforderlich, eine weichmagnetische Verbindung über einen Stab, einen Draht oder ein anderes Formteil zwischen einer Näherungsposition und einem entfernt davon angeordneten Magnetsensor herzu­ stellen.

Claims (14)

1. Näherungssensor-Anordnung für schwer zugängliche Näherungs­ positionen, insbesondere in kompakten Maschinenteilen, die rauhen Betriebsbedingungen unterworfen sind, mit einem an einem relativ zur Näherungsposition bewegbaren ersten Element angebrachten Permanentmagneten und mit einem das Erreichen der Näherungsposition durch den Permanentmagneten erfassenden, magnetfeldsensitiven Sensor, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (22) von der Näherungsposition entfernt angeordnet ist, wobei ein weichmagnetisches, Verbindungselement (19) die Näherungsposition mit dem Sensor (22) verbindet.

2. Näherungssensor-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (19) flach, draht­ oder stabförmig ausgebildet ist.

3. Näherungssensor-Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (19) teil­ weise parallel zur Bewegungsrichtung des Permanentmagneten (18) verläuft.

4. Näherungssensor-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (22) an einem von der Näherungsposition entfernten Randbereich eines zweiten Elements (11, 12, 13) angeordnet ist, wobei das Ver­ bindungselement (19) durch das zweite Element (11, 12, 13) verläuft.

5. Näherungssensor-Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (19) dichtend im zweiten Element (11, 12, 13) angeordnet ist.

6. Näherungssensor-Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (22) am Randbereich des zweiten Elements (11, 12, 13) anschraubbar oder ansteckbar ausgebildet ist.

7. Nährungssensor-Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das in einem Verbindungs­ kanal im zweiten Element (11, 12, 13) angeordnete Verbindungs­ element (19) über wenigstens den wesentlichen Teil seiner Länge einen Abstand zum aus hartmagnetischem Werkstoff be­ stehenden zweiten Element (11, 12, 13) bildet.

8. Näherungssensor-Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand durch einen nichtmagnetischen Werkstoff (20), wie Aluminium, Kunststoff oder einen den mag­ netischen Fluß abweisenden und abschirmenden Werkstoff ge­ bildet wird.

9. Näherungssensor-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (22) als insbesondere elektronischer Magnetschalter ausgebildet ist.

10. Näherungssensor-Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor mit einer Schaltungsanzeige (23) versehen ist.

11. Näherungssensor-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Element (11) wenigstens teilweise als Führungsschiene ausgebildet ist, an der das erste Element (10) verschiebbar geführt ist.

12. Näherungssensor-Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsschiene (11) mit Abstands­ halteelementen (12) fixiert ist, wobei das Verbindungselement (19) wenigstens durch die Führungsschiene (11) und ein Abstands­ halteelement (12) verläuft.

13. Näherungssensor-Anordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (19) im wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Führungsschiene (11) verläuft.

14. Näherungssensor-Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsschiene (11) und das als Harpunenstange ausgebildete erste Element (10) Bestandteile eines Harpunenförderers sind.