DE4137881C2 - Vorrichtung zum Erfassen und Verstellen der Lage eines Bauteils - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen und Verstellen der Lage eines Bauteils.

Das Verstellen der Lage eines Bauteils und dessen jeweilige Lageerfassung erfolgen üblicherweise mittels getrennter Vorrichtungen, nämlich einem Verstellaggregat und einem Wegsensor, die als getrennte Baugruppen einen eigenen Bauraum benötigen, getrennt voneinander ihr jeweiliges Gewicht aufbringen und zusätzliche Kosten für die Erfüllung beider Funktionen bedingen.

So weisen hydraulische, pneumatische oder hydropneumati­ sche Aggregate einen in einem Hydraulik-, Pneumatik- oder Hydro-Pneumatik-Zylinder linear beweglichen Kolben auf, dessen Bewegung über eine mit ihm verbundene Kolbenstange auf ein anzutreibendes Bauteil übertragen wird. Für den Fall einer notwendigen Lage-, Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungsregelung des Kolbens, der Kolbenstange bzw. des anzutreibenden Bauteils werden berührungsfreie oder mit dem Aggregat verbundene Sensoren vorgesehen, die mit einer entsprechenden Regeleinrichtung verbunden sind.

Andererseits sind Wirbelstrom-Langwegsensoren bekannt, die insbesondere zur Weg- und Positionsmessung von Kolben in Hy­ draulik-, Pneumatik- oder Hydro-Pneumatik-Zylindern dienen. Sie bestehen im wesentlichen aus einer in einem länglichen Spulenstab angeordneten Meßspule mit einer in einem Sensor­ gehäuse integrierten Elektronik. Als Meßobjekt dient ein me­ tallisches, vorzugsweise nicht ferromagnetisches Rohr, welches konzentrisch über dem Spulenstab in dessen Längs­ richtung bewegt wird. In Abhängigkeit von der Position des Rohres auf dem Spulenstab wird die flächenmäßige Abdeckung des Erregerfeldes variiert. Dadurch läßt sich über induzier­ te Wirbelströme eine positionsproportionale Erregerfeld­ schwächung erzielen, die elektronisch ausgewertet werden kann.

Üblicherweise werden Wirbelstrom-Langwegsensoren derart in Hydraulik-, Pneumatik- oder Hydro-Pneumatik-Zylindern einge­ baut, daß der Spulenstab vom Abschlußdeckel des Zylinders aus axial in das Zylinderinnere ragt. Das als Meßobjekt dienende metallischen Rohr ist dabei axial innerhalb des Kolbens und der Kolbenstange angeordnet und schiebt sich entsprechend der Position des Kolbens über den Spulenstab.

Aus der DE 35 24 414 A1 sind ein Linearantrieb mit einem Zylinder und ein darin laufendes Kolbenteil bekannt. Zudem ist ein Fluid-Steuerventil integriert. Eine Längenmeßeinrichtung mit zwei Sensorteilen, die jedoch keine Wirbelströme zur Messung nutzen, ist vorgesehen, von denen je einer mit dem Zylinder bzw. Kolbenteil verbunden ist. Das eine verbundene Sensorteil ist eine Spule. Das andere verbundene Sensorteil ist ein Längenmeßstab, der innerhalb der Spule angeordnet ist. Die Anordnung hat den Nachteil, daß die Meßmethode für Wirbelstrom-Langwegsensoren nicht angewendet werden kann und einige zusätzliche Bauteile den Aufwand für die Herstellung und Montage gegenüber einem Wirbelstrom-Langwegsensor deutlich erhöhen.

Aus der EP 0 446 969 B1 ist ein anderes Linearpositionsmeßgerät bekannt, daß mit einem Kolben verbunden ist. Eine am Kolben befestigte Kolbenstange ragt durch eine Öffnung eines Zylinders in ein Spulenteil. Das Spulenteil ist an der Seite des Zylinders befestigt. Das befestigte Spulenteil und die magnetisch, bzw. elektrisch leitenden Teile in der Kolbenstange bilden ein Linearpositionsmeßgerät zum Erkennen der Position der Kolbenstange. Das Spulenteil besteht dabei u. a. aus einer Vielzahl von Einzelspulen, die teilweise als Erregerspulen bzw. Meßspulen genutzt werden. Die Anordnung des Linearpositionsmeßgerätes seitlich an dem fluidbetriebenen Zylinder hat jedoch den großen Nachteil, daß zusätzlicher Bauraum benötigt wird und die Komplexität und damit die verbundenen Herstellungskosten sehr hoch sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erfassen und Verstellen der Lage eines Bauteils anzugeben, die eine Integration des Wegesensors in das Verstellaggregat und damit die Trennung in zwei Baugruppen aufhebt und somit sowohl Gewicht als auch Bauraum und Kosten einspart.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Kombination

• a) eines hydraulischen, pneumatischen oder hydro-pneumatischen Aggregats, das eine in einem Hydraulik-, Pneumatik- oder Hydro-Pneumatik-Zylinder linear bewegliche, mit einem Kolben verbundene Kolbenstange aufweist mit
• b) einem Wirbelstrom-Langwegsensor, dessen Spulenstab aus der Kolbenstange mit einer in einer Kolbenstange angeordneten Spule gebildet wird, die mit einer Elektronik verbunden ist, und dessen Zylinderrohr durch den Hydraulik-, Pneumatik- oder Hydro-Pneumatik- Zylinder gebildet wird,

derart, daß die relativ zueinander beweglichen Bauteile des Wirbelstrom- Langwegsensors in Doppelfunktion denen des hydraulischen, pneumatischen oder hydro-pneumatischen Aggregats entsprechen.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht die Erfassung und Verstellung der Lage eines linear in einem Hydraulik-, Pneu­ matik- oder Hydro-Pneumatik-Zylinder beweglichen Bauteils. Durch Kombination von Teilen des Wirbelstrom-Langwegsensors und des Arbeitszylinders wird die Trennung von Wirbelstrom- Langwegsensor sowie Hydraulik-, Pneumatik- oder Hydro-Pneu­ matik-Zylinder in zwei Baugruppen aufgehoben, wobei die Integration nicht den Durchmesser des Arbeitszylinders vergrößert, so daß Bauraum-, Gewichts- und Kostenersparnis­ se erzielt werden. Diese Ersparnis wirkt sich besonders bei Anwendungsfällen wie Kraftfahrzeug-Anwendungen aus, bei denen nur ein beschränkter Bauraum zur Verfügung steht und bei denen jede Gewichts- und Kostenersparnis angestrebt wird.

Der Spulenstab des Wirbelstrom-Langwegsensors ist an dem in den Hydraulik-, Pneumatik- oder Hydro-Pneumatik-Zylinder ra­ gende Ende mit dem Kolben des hydraulischen, pneumatischen oder hydro-pneumatischen Aggregats verbunden und dient somit gleichzeitig als Kolbenstange für den Zylinder und damit als Stellglied. Das Zylinderrohr dient als Meßobjekt für den Wirbelstrom-Langwegsensor. Bei Ausfahren bzw. Einfahren des Kolbens werden im Zylinderrohr Wirbelströme erzeugt, die Schwächungen des Erregerfeldes bewirken und damit den Erregerstrom durch die Spule modulieren. Diese Strommodulationen werden über die Elektronik zur Erfassung und Verstellung der Lage des Kolbens und damit des Stell­ gliedes ausgewertet.

Die Elektronik ist bevorzugt an dem dem Kolben entgegenge­ setzten Stabende angeordnet. Dies gewährleistet einen einfa­ chen Zugang zur Elektronik, ungestört von der Bewegung des Kolbens im Zylinder.

Alternativ hierzu kann aber die Elektronik, insbesondere bei Platzmangel, auch an einer anderen Stelle angebracht sein und ist über abgeschirmte Signalleitungen mit der Spule verbunden.

Die Elektronik enthält einen Signalgeber, der bei Erreichen vorgegebener Stellungen des Kolbens ein Steuersignal an den hydraulischen oder pneumatischen Antrieb abgibt. Über dieses Signal wird eine Verstellung der Lage des Kolbens und damit die Bewegung des Stellgliedes in Abhängigkeit von seiner Position und/oder äußerer Einflüsse gesteuert.

Über einen Zeitgeber können die Stellungen des Kolbens mit Vorteil mit dessen Ist-Geschwindigkeit korreliert werden. Weicht die Ist-Geschwindigkeit des Kolbens von einer vorge­ gebenen Soll-Geschwindigkeit ab, so werden Steuersignale zur Steuerung der Antriebsleistung, zum Stillstand des Antriebs oder zur Umkehr der Antriebsrichtung an den hydrau­ lischen oder pneumatischen Antrieb abgegeben. Dies erfolgt in Abhängigkeit von der Höhe der Abweichung der Ist-Ge­ schwindigkeit von der Soll-Geschwindigkeit sowie dem zeitli­ chen Verlauf der Ist-Geschwindigkeit.

Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figur der Zeichnung näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und

Fig. 2 ein Blockschaltbild für die Erfassung und Verstellung der Lage eines Stellgliedes für die Betätigung einer Heckklappe eines Automobils.

Die schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung in Fig. 1 zeigt ein hydraulisches, pneumatisches oder hydro-pneumatisches Aggregat 1 mit einem Hydraulik-, Pneuma­ tik- oder Hydro-Pneumatik-Zylinder 2 und einer Zylinder­ durchführung 3 sowie einem Kolben 5, der mit einer Kolben­ stange 4 verbunden ist. Über eine Leitung 7 wird dem Hydrau­ lik-, Pneumatik- oder Hydro-Pneumatik-Zylinder 2 ein ent­ sprechendes Druckmedium zur Betätigung des hydraulischen, pneumatischen oder hydro-pneumatischen Aggregats 1 zuge­ führt.

Durch die Anordnung einer Spule 6 in der Kolbenstange 4 dient diese gleichzeitig als Spulenstab 4' eines Wirbel­ strom-Langwegsensors 1', dessen Zylinderrohr 2' durch den Hydraulik-, Pneumatik- oder Hydro-Pneumatik-Zylinder 2 ge­ bildet wird. Der Spulenstab 4' ist in diesem Ausführungsbei­ spiel mit einer integrierten Elektronik 8 verbunden, die aber auch getrennt vom Spulenstab 4' vorgesehen werden kann.

Von der Funktion des Wirbelstrom-Langwegsensor 1' her ist der Spulenstab 4' mit dem Zylinderrohr 2' funktional aus­ tauschbar, da nur die Relativbewegung zwischen diesen Bauteilen von Bedeutung ist. Diese Austauschbarkeit beider Bauteile bietet den Vorteil, daß sie an der jeweils günsti­ geren Stelle angeordnet werden können.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild für die Erfassung und Verstellung der Lage eines Stellgliedes, das zur Betätigung einer Heckklappe eines Automobils dient.

Das vereinfachte Blockschaltbild zeigt die Elektronik 8 der Vorrichtung zum Erfassen und Verstellen der Lage eines in einem Hydraulik-, Pneumatik- oder Hydro-Pneumatik-Zylinder linear beweglichen Bauteils eines hydraulischen, pneumati­ schen oder hydro-pneumatischen Aggregats, die eine mit der Spule 6 des Spulenstabes 4' gemäß Fig. 1 verbundene erste Auswerteinheit 9, eine mit einem Zeitgeber 10 verbundene zweite Auswerteinheit 11 und einen Prozessor 14 enthält, der mit dem Antriebsglied 16 des hydraulischen, pneumati­ schen oder hydro-pneumatischen Aggregats verbunden ist.

Der Kolben eines hydraulischen Aggregats zur Betätigung beispielsweise einer Heckklappe für ein Automobil ist bei geschlossenem Kofferraum in den Hydraulikzylinder eingefah­ ren. Mittels des Stromsignals 17 der in dem Spulenstab 4' angeordneten Spule 6 bestimmt die Auswerteinheit 9 bei Aus­ fahren des Kolbens aus dem Hydraulikzylinder die Position 18 des Kolbens. Bei Erreichen vorgegebener Stellungen des Kolbens gibt der Prozessor 14, der die Information über die Kolbenposition entsprechend umsetzt, ein Steuersignal 15 an das hydraulische Antriebsglied 16 zur Steuerung des Hydrau­ likmediums für das Hydraulikaggregats ab.

Die Steuersignale 15 können eine Beibehaltung der Kolbenge­ schwindigkeit, eine verlangsamte Bewegung des Kolbens, dessen Stillstand oder auch eine Bewegungsumkehr des Kol­ bens bewirken. Bei Einfahren in die Endlage des Kolbens werden die Steuersignale 15 beispielsweise eine verlangsam­ te Bewegung des Kolbens bewirken, um ein hartes Anschlagen des Kolbens gegen den Abschlußdeckel bzw. die Zylinderdurch­ führung sowie ein abruptes Anhalten des Karosserieverstell­ teils zu verhindern.

Über einen Zeitgeber 10 wird eine Zeitkomponente in die Be­ wegung des Stellgliedes eingebracht. Die Positionen 18 des Kolbens werden über den Zeitgeber 10 mit dessen Ist-Ge­ schwindigkeit 13 in der Auswerteinheit 11 korreliert. Hemmt etwa ein Hindernis die Kolbenbewegung, so weicht die Ist-Ge­ schwindigkeit 13 des Kolbens von einer vorgegebenen Soll-Ge­ schwindigkeit 12 ab. Der Prozessor 14 vergleicht die Ist-Ge­ schwindigkeit 13 mit der vorgegebenen Sollgeschwindigkeit 12 und gibt entsprechend Steuersignale 15 an den hydrauli­ schen oder pneumatischen Antrieb 16 ab, die entweder zur Re­ duzierung der Antriebsleistung, zum Stillstand des Antriebs oder zur Umkehr der Antriebsleistung dienen.

Die Art des Steuersignals 16 hängt von der Höhe der Abwei­ chung der Ist-Geschwindigkeit 13 von der Soll-Geschwindig­ keit 12 sowie dem zeitlichen Verlauf der Ist-Geschwindig­ keit 12 ab. Nimmt die Ist-Geschwindigkeit 12 beispielsweise abrupt ab, so ist anzunehmen, daß ein Hindernis den Öff­ nungs- bzw. Schließvorgang der Heckklappe behindert. Es wird daraufhin über ein Steuersignal 15 an den Antrieb 16 eine Umkehr der Antriebsleistung bewirkt.

Die Anwendung der erfindungsgemäßen Lösung ist selbstver­ ständlich nicht auf das vorbeschriebene Beispiel beschränkt sondern läßt sich auf jede beliebige Vorrichtung zum Erfas­ sen und Verstellen der Lage eines in einem Hydraulik-, Pneumatik- oder Hydro-Pneumatik-Zylinder linear beweglichen Bauteils eines hydraulischen, pneumatischen oder hydropneu­ matischen Aggregats übertragen.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Erfassen und Verstellen der Lage eines Bauteils, gekennzeichnet durch die Kombination

• a) eines hydraulischen, pneumatischen oder hydropneumati­ schen Aggregats (1), das eine in einem Hydraulik-, Pneu­ matik- oder Hydro-Pneumatik-Zylinder (2) linear bewegli­ che, mit einem Kolben (5) verbundene Kolbenstange (4) aufweist mit
• b) einem Wirbelstrom-Langwegsensor (1'), dessen Spulenstab (4') aus der Kolbenstange (4) mit einer in der Kolben­ stange (4) angeordneten Spule (6) gebildet wird, die mit einer Elektronik (8) verbunden ist, und dessen Zy­ linderrohr (2') durch den Hydraulik-, Pneumatik- oder Hydro-Pneumatik-Zylinder (2) gebildet wird,

derart, daß die relativ zueinander beweglichen Bauteile des Wirbelstrom-Langwegsensors (1') in Doppelfunktion denen des hydraulischen, pneumatischen oder hydro-pneumatischen Aggregats (1) entsprechen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronik (8) integraler Bestandteil des Spulenstabes (4') und vorzugsweise an dem dem Kolben (5) entgegengesetzten Stabende angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronik (8) über eine Kabelverbindung mit der Spule (6) des Spulenstabes (4') verbunden ist.

4. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronik (8) einen Signalgeber enthält, der bei Erreichen vorgegebener Stellungen des Kolbens (5) ein Steuersignal (15) an den hydraulischen oder pneumatischen Antrieb (16) abgibt.

5. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronik (8) einen Zeitgeber (10) aufweist, derart, daß bei Abweichen der Ist- Geschwindigkeit (13) des Kolbens (4) von einer vorgegebenen Soll-Geschwindigkeit (12) Steuersignale (15) zur Steuerung der Antriebsleistung, zum Stillstand des Antriebs oder zur Umkehr der Antriebsleistung an den hydraulischen oder pneumatischen Antrieb (16) abgegeben werden.