DE4105702C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen linearen Wegaufnehmer zur
Ermittlung der Kolbenstangen- oder Schlittenposition eines
druckmittelbetätigbaren Arbeitszylinders, bestehend aus
einem in einem Gehäuse geführt verschiebbaren
Positionsgeber und einem Kopplungselement zur
mechanischen Kopplung zwischen Geräte- bzw. Maschinenelement und
Positionsgeber.
Die Ermittlung der Position von Geräten oder Maschinen ist im Hinblick
auf einen gesteuerten bzw. geregelten Bewegungsablauf in einer Geräte-
bzw. Maschinengruppe unerläßlich. Besonderes Augenmerk gilt neben der
Erfassung von Drehbewegungen hauptsächlich der Erfassung von geführten
linearen Verschiebungsbewegungen. Dabei stellt die ermittelte momentane
Position eines Linearantriebes bzw. des Kolbens eines
druckmittelbetätigbaren Arbeitszylinders die oben genannte Grundlage
bzw. Eingangsgröße zur Regelung oder Steuerung eines solchen Antriebes
oder gar einer ganzen Maschinengruppe dar.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift 35 20 199 ist ein Wegaufnehmer
bekannt, der in einem Arbeitszylinder integriert angeordnet ist. Dieser
potentiometrische Wegaufnehmer arbeitet hierbei als Spannungsteiler. Der
potentiometrische Wegaufnehmer ist dabei innerhalb der Kolbenstange des
Arbeitszylinders angeordnet. Die Kolbenstange ist mit dem Arbeitskolben
direkt verbunden und wird an einem Ende des Arbeitszylinders nach außen
geführt, wo die Bewegung der Kolbenstange nach außen abgreifbar ist. Die
Kolbenstange ist am anderen, d. h. zum Inneren des Arbeitszylinders
weisenden Ende offen und über einen innerhalb des Zylinders fest
angeordneten Zapfen teleskopartig verschiebbar geführt. Dieser Zapfen
ist innen hohl und mit entsprechenden Schleifkontaktbahnen versehen und
stellt somit das den Positionsgeber verschiebbar führende Gehäuse dar.
Innerhalb der Kolbenstange ist ein stangenartiger Träger angeordnet, der
an einem Ende mit der Kolbenstange fixiert ist und am anderen Ende den
Positionsgeber aufnimmt und in den Zapfen einschiebbar ist. Dieser
stangenartige Träger ist somit das Kopplungselement zwischen der linear
verschiebbaren Kolbenstange und dem innerhalb des Zapfens verschiebbar
geführten Positionsgeber. Über Schleifkontakte am Positionsgeber sind
die entsprechenden Schleifkontaktbahnen innerhalb des Zapfens elektrisch
abgreifbar und geben somit die Möglichkeit der Positionsermittlung der
Kolbenstange bzw. des Kolbens über eine nach außen geführte
Widerstandsmessung.
Bei dieser bekannten Anordnung ist die Integration des Wegaufnehmers in
den Arbeitszylinder vorgesehen, kann aber auch für einen externen Anbau
verwendet werden, wenn die gesamte Konstruktion des Arbeitszylinders
darauf abgestimmt wird. Ein Wegaufnehmer dieser Art eignet sich jedoch
nicht zum Nachrüsten bei bereits vorhandenen Arbeitszylindern bzw. beim
Einsatz in kolbenstangenlosen Linearantrieben.
Aus der DE-OS 33 20 083 ist ein Wegmeßsystem für einen Schlitzzylinder
bekannt, bei dem unter Verwendung eines Zugmittels die Linearbewegung
des Arbeitsschlittens in eine Drehbewegung von Zugmittelumlenkrollen
umgesetzt ist, wobei die Drehbewegung inkremental erfaßt wird.
Nachteilig ist hierbei neben den bekannten Unzulänglichkeiten digitaler
Systeme, daß durch die einmal festgelegte Skalierung der Umlenkrolle
die Ortsauflösung festgelegt ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen linearen Wegaufnehmer zu
schaffen, der an Arbeitszylinder jeglicher Art
einfach anbaubar oder innerhalb derselben integrierbar ist.
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des
Anspruches 1 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen dargestellt.
Die Vorteile der Erfindung liegen darin, daß eine Möglichkeit zum
nachträglichen Anbau bzw. zur Nachrüstung bei bestehenden
Arbeitszylindern gegeben ist. Die erfindungsgemäße
Ausgestaltung des Wegaufnehmers bietet in konstruktiv sehr einfacher und
betriebssicherer Art die Möglichkeit der wasser- und staubdichten
Abdichtung des nachträglich, d. h. extern angebauten Wegaufnehmers.
Das entsprechend abgedichtete nach außen geführte Zugmittel
gewährleistet dabei einen sicheren, dichten und zuverlässigen Betrieb.
Dies alles führt zur universellen Einsetzbarkeit des extern anbaubaren
Wegaufnehmers, selbst in Staub- und Spritzwasser-belasteten Geräte- bzw.
Maschinengruppen. Die Führung des Positionsgebers durch Führungsnuten
entlastet die Schleifkontakte und die Schleifkontaktbahnen, wodurch der
Verschleiß erheblich reduziert wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher
erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 Längsschnitt durch Wegaufnehmer,
Fig. 2 Querschnitt durch Wegaufnehmer mit querschnittsumfassendem
Schlitten,
Fig. 3 Wegaufnehmer mit Schwalbenschwanznut-geführtem Schlitten,
Fig. 4 Wegaufnehmer mit Stangen-geführtem Schlitten,
Fig. 5 Teilschnitt in Seitenansicht aus Fig. 4,
Fig. 6 Wegaufnehmer integriert in einen Linearantrieb.
Fig. 1 zeigt den linearen Wegaufnehmer in einem Längsschnitt. Dieser
zeigt deutlich das gesamte Innenleben des Wegaufnehmers. Innerhalb des
Gehäuses 1 ist ein sich in Längsrichtung erstreckender Kanal 2
geschaffen, der mit von sich ebenfalls in Längsrichtung erstreckenden
Schleifkontaktbahnen 3, 3′ versehen ist. Innerhalb dieses Kanals ist ein
Positionsgeber 4 geführt, der mit Schleifkontakten S versehen ist. Bei
den Schleifkontaktbahnen 3, 3′ ist eine als Widerstandsbahn und die
andere als Rückführungsbahn ausgebildet. Die Schleifkontaktbahnen 3, 3′
sind mit an einem Ende des Gehäuses 1 herangeführten elektrischen
Anschlußleitungen 6 verbunden. Diese Anschlußleitungen sind über einen
elektrischen Iso-Anschluß 7 nach außen geführt. Die Schleifkontakte 5 am
Positionsgeber 4 stellen nun entsprechend ihrer momentanen Position
einen elektrischen Kontakt zwischen der einen und der anderen
Schleifkontaktbahn 3 bzw. 3′ her, so daß sich entsprechend der
abgegriffenen Bahnabschnitte ein Spannungsteiler ergibt. Die
Spannungsverhältnisse werden nach Eichung in eine Position umgerechnet.
Der Positionsgeber 4 ist beidseitig mit einem Zugmittel 8 verbunden,
beispielsweise mit einem Zugband, welches an den offenen Enden des
Gehäuses 1 über Umlenkrollen 9, 9′ aus dem Gehäuse nach
außen geführt ist und außen parallel zum Gehäuse verläuft. Die
Umlenkrollen 9, 9′ sind in Deckeln 10, 10′ integriert angeordnet, die
insgesamt den Wegaufnehmer nach außen entsprechend staub- und
wasserdicht abschließen. Um diese Dichtigkeit zu gewähren, ist das
Zugmittel 8 bzw. das Zugband an den entsprechenden Stellen 11, 11′ der
Deckel 10, 10′ entsprechend abgedichtet nach außen geführt. Die nach
außen geführten Zugbandenden 12, 12′ sind mit einem Schlitten 13
verbunden. Dieser Schlitten 13 gibt die Möglichkeit der Verbindung
beispielsweise mit einem kraftabgebenden Schlitten oder einer
Kolbenstange eines Arbeitszylinders bzw. Linearantriebes. Der Schlitten
13 und das Zugband 8 des Wegaufnehmers stellen somit die Kopplung
zwischen Linearantrieb und Positionsgeber her. Der Positionsgeber ist
dabei staub- und wassergeschützt geführt, wodurch eine unempfindliche
Wegaufnehmeranordnung geschaffen ist. Insgesamt erinnert die Form des
linearen Wegaufnehmers an einen Zugbandzylinder; wobei hier jedoch kein
Arbeitskolben vorhanden ist, der mit Druckmittel beaufschlagt wird,
sondern innerhalb eines Gehäuses bzw. Kanals ein Positionsgeber geführt
verschoben wird.
Fig. 2 zeigt den Querschnitt des Wegaufnehmers aus Fig. 1 an
markierter Stelle A-A. Das Gehäuse 1 ist im Querschnitt hierbei
viereckig und mit einem innerhalb des Vierecks anliegenden Rundrohr 14
versehen. Innerhalb des Rundrohres 14 sind zwei Profilelemente 15, 15′
mit kreissegmentförmigem Querschnitt eingeschoben. Die
Schleifkontaktbahnen 3, 3′ sind sich gegenüberliegend zwischen diesen
kreissegmentquerschnittförmigen Profilen 15, 15′ angeordnet und
erstrecken sich ebenfalls in Längsrichtung des so gebildeten Kanals 2.
Die Profile 15, 15′ sind dabei aus einem elektrisch isolierenden Material
gefertigt. Innerhalb dieses Kanals 2 ist der Positionsgeber 4
verschiebbar geführt angeordnet und stellt über die Schleifkontakte 5 an
gegebener Stelle der Schleifkontaktbahnen 3, 3′ einen elektrischen
Kontakt zwischen der oberen und der unteren Schleifkontaktbahn her. Die
Außenkontur des Positionsgebers 4 und die zum Kanal weisende Kontur der
Profile 15, 15′ sind dabei so ausgestaltet, daß die Außenkontur des
Positionsgebers 4 teilweise sich in Längsrichtung erstreckende Nuten
16, 16′ der Profile 15, 15′ hineinerstreckt, und der Positionsgeber somit
geführt verschiebbar ist. Dadurch wird ein Verkanten des Positionsgebers
im Betrieb des Wegaufnehmers verhindert.
Da es sich bei dem Gehäuse 1 bzw. dem Rundrohr 14 um ein
stangengepreßtes Bauteil handelt, wäre es auch denkbar, die Profile
15, 15′ einstückig mit dem Gehäuse 1 bzw. dem Rundrohr 14 auszubilden.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit, bei der das
Gehäuse 1 aus einem Rohr mit rundem Querschnitt besteht, welches mit
einer sich in Längsrichtung erstreckenden am Außenumfang des Rohres
angeordneten Schwalbenschwanzführung 17 versehen ist. Innerhalb dieser
ist dann ein entsprechend profilierter Schlitten 13 führbar.
Fig. 4 zeigt ein ebenfalls rohrförmiges Gehäuse 1, bei dem der
Schlitten 13 den Außenumfang des Gehäuses teilweise berührt, jedoch an
einer zwischen den Gehäusedeckeln fest angeordneten Stange 18 geführt
angeordnet ist.
Fig. 5 zeigt die Ausgestaltung nach Fig. 4 im teilweisen Längsschnitt.
Hierbei ist die Stange 18 zwischen den Gehäusedeckeln 10, 10′ (hier nur
Gehäusedeckel 10 sichtbar) angeordnet und mit demselben verbunden. Der
Schlitten 13 ist mit einer entsprechenden die Stange 18 durchlassenden
Bohrung versehen. Das Zugband kann dabei entweder seitlich versetzt zur
Stange 18 aus den Gehäusedeckeln 10 bzw. 10′ abgedichtet nach außen
geführt und mit dem Schlitten 13 verbunden sein; oder aber für den Fall,
daß die Stange 18 hohl, also als Rohr ausgebildet ist, durch sie
hindurchgeführt werden, wobei die Stange dann mit einem Längsschlitz
versehen ist und so eine Möglichkeit zur Befestigung des Zugbandes am
Schlitten gegeben ist.
Fig. 6 zeigt den linearen Wegaufnehmer
bei der Integration in einen kolbenstangenlosen Arbeitszylinder. Fig. 6
zeigt dabei das Profilrohr des Arbeitszylinders 20 im Querschnitt. Ein
solcher kolbenstangenloser Arbeitszylinder wird in bekannter Weise als
Zugbandzylinder bezeichnet. Hierbei ist jedoch vorgesehen, daß für den
Einsatz des Wegaufnehmers die
Durchgangsöffnung 22 verwendet wird, die dabei das Gehäuse 1 bzw. den
Kanal 2 gemäß Fig. 1 bildet, in dem der Positionsgeber 4 verschiebbar
geführt ist. Der Positionsgeber 4 ist wie im ersten
Ausgestaltungsbeispiel mit einem Zugmittel versehen, welches an den
Enden des Kanals 2 über Umlenkrollen nach außen geführt ist. Dieses mit
dem Positionsgeber 4 verbundene Zugmittel kann dabei beim Einsatz in
einem üblichen kolbenstangenlosen Arbeitszylinder (Zugbandzylinder)
direkt mit dem Arbeitsschlitten verbunden werden.
Bei allen Ausführungsmöglichkeiten kann das Zugmittel sowohl flach, d. h.
als Band, als auch rund, d. h. beispielsweise als Zugseil ausgebildet
sein.
Insgesamt bietet der lineare Wegaufnehmer so eine universelle
Einsetzbarkeit, sogar bei der Integration des Wegaufnehmers in einen
Arbeitszylinder bzw. einen Linearantrieb.
Claims (5)
1. Linearer Wegaufnehmer zur Ermittlung der
Kolbenstangen- oder Schlittenposition eines druckmittelbetätigbaren
Arbeitszylinders, bestehend aus einem in einem Gehäuse (1)
geführt verschiebbaren
Positionsgeber (4) und einem Kopplungselement zur mechanischen
Kopplung zwischen Kolbenstange oder Schlitten und Positionsgeber,
mit den Merkmalen,
daß das Gehäuse (1) innen mit sich in Bewegungsrichtung des Positionsgebers (4) erstreckenden Schleifkontaktbahnen (3, 3′) und der Positionsgeber (4) mit entsprechenden Schleifkontakten (5) versehen ist, über die die Schleifkontaktbahnen (3, 3′) elektrisch abgreifbar sind,
daß das Gehäuse (1) rohrförmig ausgebildet ist und an den Enden mit Deckelgehäusen (10, 10′) verschlossen ist,
daß das Kopplungselement aus einem mit dem Positionsgeber (4) verbundenen Zugmittel (8) und einem das Zugmittel (8) außerhalb des Gehäuses (1) aufnehmenden, entlang des Gehäuses verschiebbaren Schlitten (13) besteht
daß in den Deckelgehäusen (10, 10′) Umlenkrollen (9, 9′) für das Zugmittel (8) integriert angeordnet sind,
daß die Deckelgehäuse (10, 10′) das den Positionsgeber (4) hindurchführende Gehäuse (1) staub- und wasserdicht abschließen
und das Zugmittel (8) aus dem Gehäuse (1) staub- und spritzwasserdicht abgedichtet nach außen geführt ist.
daß das Gehäuse (1) innen mit sich in Bewegungsrichtung des Positionsgebers (4) erstreckenden Schleifkontaktbahnen (3, 3′) und der Positionsgeber (4) mit entsprechenden Schleifkontakten (5) versehen ist, über die die Schleifkontaktbahnen (3, 3′) elektrisch abgreifbar sind,
daß das Gehäuse (1) rohrförmig ausgebildet ist und an den Enden mit Deckelgehäusen (10, 10′) verschlossen ist,
daß das Kopplungselement aus einem mit dem Positionsgeber (4) verbundenen Zugmittel (8) und einem das Zugmittel (8) außerhalb des Gehäuses (1) aufnehmenden, entlang des Gehäuses verschiebbaren Schlitten (13) besteht
daß in den Deckelgehäusen (10, 10′) Umlenkrollen (9, 9′) für das Zugmittel (8) integriert angeordnet sind,
daß die Deckelgehäuse (10, 10′) das den Positionsgeber (4) hindurchführende Gehäuse (1) staub- und wasserdicht abschließen
und das Zugmittel (8) aus dem Gehäuse (1) staub- und spritzwasserdicht abgedichtet nach außen geführt ist.
2. Linearer Wegaufnehmer nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine der Schleifkontaktbahnen (3, 3′) mit einem
Widerstandswerkstoff versehen ist und die andere Schleifkontakbahn
niederohmig leitend ist.
4. Linearer Wegaufnehmer nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schlitten (13) gleitend geführt und den Querschnitt des
Gehäuses (1) vollständig umfassend ausgebildet ist.
4. Linearer Wegaufnehmer nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schlitten (13) auf einer einstückig mit dem Gehäuse (1)
verbundenen Schwalbenschwanzführung (17) linear verschiebbar
geführt ist.
5. Linearer Wegaufnehmer nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß innerhalb des Gehäuses (1) sich in Längsrichtung erstreckende
Führungsnuten (16, 16′) angeordnet sind, über die der Positionsgeber
(4) geführt ist.
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