DE4410363A1 - Arbeitszylinder mit einem Sensor zur Bestimmung der Position des Kolbens - Google Patents

Arbeitszylinder mit einem Sensor zur Bestimmung der Position des Kolbens

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    • G01B7/02Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness
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    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
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    • F15B15/28Means for indicating the position, e.g. end of stroke
    • F15B15/2807Position switches, i.e. means for sensing of discrete positions only, e.g. limit switches
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Arbeitszylinder mit einem Sensor zur Bestimmung der Position des Kolbens nach der Gattung des Anspruchs 1. Bei einem zum Beispiel aus der DE 39 15 630.3 A1 bekannten Arbeitszylinder ist in einem das Zylinderrohr abschließenden Deckel ein induktiver Sensor zur Bestimmung des Abstandes zwischen dem Kolben und dem Deckel angeordnet. Hierbei treten auf der dem Kolben zugewandten Stirnseite des Sensors magnetische Wechselfelder auf, die auf der aus elektrisch leitendem Material bestehenden Stirnseite des Kolbens Wirbelströme induzieren. Die Magnetfelder sind aber leicht von außen her beeinflußbar, so daß Meßfehler auftreten können.
Ferner ist es bei Arbeitszylindern bekannt, an der Außenseite des Zylinderrohrs induktiv arbeitende Schalter anzubringen. Für diese äußeren Anbauten der Schalter sind aber spezielle Halterungen notwendig. Ferner ist eine genaue Abstimmung zwischen den Magneten, den Schaltern und den jeweiligen geometrischen Abmessungen des Arbeitszylinders notwendig.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße Arbeitszylinder mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß eine einfache und relativ genaue Wegmessung des Kolbens möglich ist. Der oder die Sensoren brauchen nur in Bohrungen in den Zylinderköpfen eingesteckt zu werden. Äußere Anbauten entfallen dadurch. Dadurch ist eine kompakte Bauweise möglich. Die Sensoren können ferner verschmutzungsfrei angeordnet werden. Auch arbeiten sie störungsfrei von äußeren Magnetfeldern. Mit Hilfe eines Potentiometers können die Sensoren von außen her und nach dem Einbau justiert werden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Arbeitszylinders möglich.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Arbeitszylinder mit in beiden Zylinderköpfen angeordneten Sensoren.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In der Fig. 1 ist mit 10 ein pneumatischer oder hydraulischer Arbeitszylinder bezeichnet, der aus einem auf beiden Seiten durch Zylinderköpfe 11, 12 abgeschlossenen, z. B. aus unmagnetischem Material hergestellten Zylinderrohr 13 besteht. Im Zylinderrohr 13 ist ein Kolben 14 gleitend geführt. Zur Abdichtung weist der Kolben 14 eine ringförmig umlaufende Dichtung 15 auf. Der Kolben 14 sitzt auf einer Kolbenstange 17 auf, die in einer mittig, in einem der Zylinderköpfe 12 ausgebildeten Bohrung 18 geführt ist. In beiden Zylinderköpfen 11, 12 ist jeweils eine von der Außenseite her zugängliche Ausnehmung 20, 21 ausgebildet, in denen jeweils ein kapazitiver Sensor 22, 23 angeordnet ist. Die Ausnehmungen 20, 21 sind in der Figur in der Form einer Sacklochbohrung dargestellt. Sie können aber auch als durchgehende, zum Beispiel auch abgesetzte Bohrungen ausgebildet sein, so daß die Sensoren 22, 23 bündig mit der inneren Stirnseite der beiden Zylinderköpfe abschließen. Der Kolben kann hierbei aus einem elektrisch leitfähigen Stoff oder aus einem nicht leitenden Werkstoff (Isolator) bestehen.
Die Sensoren 22, 23 arbeiten nach dem kapazitiven Prinzip und sind somit wie Kondensatoren aufgebaut. Bekanntlich bestehen Kondensatoren aus zwei gegenüberliegenden metallischen Elektroden. Unter der aktiven Fläche eines kapazitiven Sensors sind diese zwei Elektroden zu verstehen. Während bei Kondensatoren die Elektroden parallel zueinander verlaufen und diametral gegenüberliegend angeordnet sind, handelt es sich bei kapazitiven Sensoren um einen sog. aufgeklappten Konsensator, was bedeutet, daß die beiden Elektroden nicht parallel, sondern unter einem spitzen Winkel zueinander, der bis zu 180° reichen kann, liegen. Die beiden Elektroden des kapazitiven Sensors sind im Rückkopplungszweig eines Hochfrequenz-Oszillators, der so abgestimmt ist, daß er bei freier Fläche des Sensors des Sensors nicht schwingt. Nähert sich nun ein Objekt, bei Arbeitszylindern der Kolben 14, der aktiven Fläche des Sensors, so gelangt der Kolben immer mehr in das elektrische Feld vor den Elektrodenflächen. Dies bewirkt eine Erhöhung der Koppelkapazität zwischen den beiden Elektroden, der Oszillator beginnt zu schwingen. Die Schwingungsamplitude wird über eine Auswerteschaltung erfaßt und als Meßsignal, das proportional zum Abstand des Kolbens von den beiden Zylinderkörpern ist, ausgewertet.
Kapazitive Sensoren werden sowohl von Kolben aus leitenden als auch aus nicht leitenden Materialien betätigt. Kolben aus leitfähigen Stoffen bilden zur aktiven Fläche des kapazitiven Sensors eine Gegenelektrode. Diese bildet mit den Elektrodenflächen des kapazitiven Sensors zwei in Reihe geschaltete Kapazitäten Ca und Cb. Die Gesamtkapazität dieser Reihenschaltung ist stets größer als die Kapazität C der Elektroden des kapazitiven Sensors. Wenn der Kolben aus Metall hergestellt ist, erreicht man aufgrund des sehr hohen Leitwertes von Metallen die größten Ansprechabstände. Ist hingegen der Kolben aus nicht leitenden Stoffen (Isolatoren) hergestellt, so erhöht sich die Kapazität der Elektroden des kapazitiven Sensors in Abhängigkeit von der Dielektrizitätskonstanten ε des nicht leitenden Stoffes. Die Dielektrizitätskonstante ist für alle festen und flüssigen Stoffe größer als für Luft. Auch hier wird die Koppelkapazität zwischen den Elektroden des kapazitiven Sensors erhöht. Besteht der Kolben aus einem Stoff mit großer Dielektrizitätskonstante, so kann man relativ hohe Ansprechabstände erreichen.
Die Sensoren 22, 23 können im jeweiligen Zylinderkopf oder auch bündig mit der inneren Stirnfläche des jeweiligen Zylinderkopfs angeordnet sein. Falls der kapazitive Sensor eine innere metallische Abschirmung aufweist, so daß die elektrischen Felder des Sensors nur vor der Sensorfläche wirksam sind, können die Zylinderköpfe aus beliebigem Material (Leiter oder Isolatoren) hergestellt sein. Die Empfindlichkeit des Sensors kann durch ein Potentiometer einstellbar sein. Dies bedeutet, daß ein Feinabgleich des Sensors auch erst im eingebauten Zustand vorgenommen werden kann.

Claims (5)

1. Arbeitszylinder (10) mit mindestens einem in einem Zylinderdeckel (11, 12) angeordneten Sensor (22, 23) zur Bestimmung der Position des in einem Zylinderrohr (13) bewegten Kolbens (14), dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (22, 23) nach dem kapazitiven Prinzip arbeitet.
2. Arbeitszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem der Zylinderdeckel (11, 12) mindestens ein Sensor (20) angeordnet ist.
3. Arbeitszylinder nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (22, 23) bündig mit der inneren Stirnfläche des Zylinderdeckels (11, 12) abschließt.
4. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (14) aus leitendem Material besteht.
5. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (14) aus elektrisch nicht leitendem Material besteht.
DE4410363A 1994-03-25 1994-03-25 Arbeitszylinder mit einem Sensor zur Bestimmung der Position des Kolbens Withdrawn DE4410363A1 (de)

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IT95MI000470A IT1275890B1 (it) 1994-03-25 1995-03-10 Cilindro attuatore con un sensore per la determinazione della posizione dello stantuffo
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ITMI950161U1 (it) 1995-09-25
IT1275890B1 (it) 1997-10-24
ITMI950161V0 (it) 1995-03-10
ITMI950470A0 (it) 1995-03-10
FR2717867B1 (fr) 1996-08-14
FR2717867A1 (fr) 1995-09-29

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