DE68926970T2 - Linearer Weggeber, besonders verwendbar bei hydraulischen und pneumatischen Zylindern - Google Patents

Description

Linearer Weggeber, besonders verwendbar bei hydraulischen und pneumatischen Zylindern
• Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zur Messung der relativen Verschiebung eines Kolbens oder einer Kolbenstangeneinheit, welche(r) abdichtend sowie gleitfähig innerhalb des Zylinders eines druckbeaufschlagten Zylinderaktuators gelagert ist, der mit Endkappen zum Abdichten der Zylinderenden versehen ist sowie eine längliche, stromleitende Spule aufweist, welche an einer Endkappe befestigt ist und sich in eine konzentrisch zur Achse des Kolbens bzw. der Kolbenstangeneinheit verlaufende Ausnehmung erstreckt.
• Die britische Patentanmeldung GB 2 021 770 A offenbart einen Meßwandler zur Messung von Verschiebungen zwischen einem Kolben und Zylinder einer hydraulischen Ramme. Gemäß dieser Druckschrift ist ein Kolben mit einer Sacklochbohrung versehen, welche sich in die Kolbenstange erstreckt, und deren Tiefe nahezu der Länge des Zylinders entspricht. Eine Stange ist konzentrisch innerhalb des Zylinders angeordnet und an derjenigen Zylinderstimseite befestigt, welche der Öffnung der Sacklochbohrung innerhalb des Kolbens zugewandt ist. Diese Stange trägt zwei in ihrer Längsrichtung verlaufende, getrennte Windungen, welche in längsverlaufende Schlitze eingelegt sind. Eine erste dieser beiden Verbindungen ist an einen Oszillator angeschlossen, der bei einer Frequenz von 2 kHz betrieben wird. Diese Primärwindung ist magnetisch mit der Sekundärwindung gekoppelt, und das hieraus resultierende Signal dieser Sekundärwindung wird von einem Detektionsschaltkreis gleichgerichtet und verstärkt, um ein Ausgangssignal zu erzeugen mit einer Amplitude, die von dem Grad der magnetischen Kopplung zwischen den beiden Windungen abhängt. Diese Kopplung wird von der Kolbenstange bewirkt, welche den Stab mit den beiden Windungen umgibt und aus magnetischem Werkstoff hergestellt ist. Wenn die Kolbenstange vollständig in den Zylinder eingeschoben ist, sind beide Windungen völlig von magnetischem Werkstoff umgeben, und demzufolge erreicht die magnetische Kopplung zwischen den beiden Windungen ein Maximum. Falls andererseits die Kolbenstange aus dem Zy linder herausbewegt wird, so findet die magnetische Kopplung zwischen den beiden Windungen ausschließlich über das Hydrauliköl des Zylinders statt und ist demzufolge ziemlich niedrig.
• Diese Anordnung verwendet zwei Spulen, welche in Longitudinalschlitze eines langgestreckten Körpers eingelegt sind, und demzufolge ist die Herstellung eines derartigen Meßwandlers ziemlich kompliziert, was zu einer sehr teuren Anordnung führt.
• Aus diesem Grund zeigt die US-PS 3,654,549 (Maurer et al.) eine etwas verbesserte Konstruktion einer Anordnung zur induktiven Erfassung der Bewegung eines Kolbens innerhalb eines Zylinders, bspw. für eine Spritzgußmaschine. Insbesondere die Anordnung gemäß Figur 2 dieser älteren Druckschrift ist ziemlich ähnlich zu der aus der GB 2 021 770 bekannten mit dem Unterschied, daß die zwei Windungen koaxial um einen langgestreckten Kern herumgewickelt sind, der an einer stimseitigen Platte des Zylinders befestigt ist und sich in einen langgestreckten Hohlraum der Einheit aus Kolben und Kolbenstange erstreckt. Weiterhin sind diese beiden Windungen in axialer Richtung versetzt, so daß zwischen diesen beiden Windungen keine magnetische Kopplung existiert. Die Meßwicklung umgibt das langgestreckte Element an demjenigen Teil, welcher sich in den Hohlraum des Zylinders erstreckt, während die zweite oder Kompensationswicklung außerhalb dieses Hohlraums angeordnet ist. Die Meßspule und die Kompensationsspule bilden ein Paar von benachbarten Zweigen eines Wechselstrom- Brückenschaltkreises, dessen andere beiden Zweige von zwei Widerständen gebildet werden. Der Brückenschaltkreis wird von einer Wechselstromquelle erregt, und ein Spannungsmeßinstrument ist mit den diagonalen Anschlüssen dieser Strombrücke gekoppelt. Die mit diesem Instrument gemessene Spannung hängt von der Induktivität der Meßspule ab. Die Induktivität dieser Spule verändert sich durch die Verschiebung des Kolbens, da die Kolbenstange, welche die Meßspule Teilweise umgibt, aus ferromagnetischem Werkstoff hergestellt ist.
• Eine derartige Konstruktion ist in den meisten Fällen ziemlich wirkungslos, da die meisten Zylinderaktuatoren ein Gehäuse aus Eisen aufweisen, welches für das Magnetfeld der Meßspule einen Flußpfad mit niedrigen Reluktanz bildet. Daher gibt es keine deutliche Veränderung der Spuleninduktivität, selbst wenn der Kolben von einem Ende des Zylinders bis zum anderen bewegt wird.
• Aus diesem Grund habe ich eine andere Meßanordnung für Linearverschiebungen entwickelt, welche in meinem früheren US-Patent 4,667,158 dargestellt und in Figur 1 wiedergegeben ist. Der Meßwandler besteht aus einer Spule 2 aus einem elektrischen Leiter, der schraubenförmig und mit gleichförmiger Steigung auf eine zylindrische, dünnwandige Röhre oder Induktionsrolle 1 aus einem elektrischen Isolator oder einem schlechten Leiter wie rostfreiem Stahl gewickelt ist. Vorzugsweise verfügt die Röhre über günstige Eigenschaften für die Verwendung als trokkene Gleitfläche, wie bspw. Teflon. Die schraubenförmige Spule 2 ist an dem ersten von zwei relativ verschiebbaren Körpern befestigt, deren Relativverschiebung gemessen werden soll.
• Ein nicht ferromagnetischer, elektrisch leitender Stab oder vorzugweise eine Röhre bildet einen Kern 3, der innerhalb der Rolle 1 gleiten kann. Er ist bspw. aus Aluminium oder Kupfer hergestellt und an dem zweiten der beiden, relativ zueinander beweglichen Körper befestigt.
• Die Spule ist vorzugsweise von einem Pfad mit niedriger und konstanter Reluktanz umgeben, so daß die von der Bewegung des Kerns 3 ausgelösten Änderungen in der Spuleninduktivität maximal sind. Dies wird vorzugsweise dadurch erreicht, daß ein Werkstoff mit einer hohen magnetischen Permeabilität, aber niedriger elektrischer Leitfähigkeit wie bspw. Ferrit 5 die Spule umgebend angeordnet wird. Dieser Werkstoff sorgt für die gewünschte, niedrige magnetische Reluktanz, während die Ausbildung von nennenswerten Wirbelströmen nicht zugelassen wird und kein merklicher Skineffekt auftritt.
• Vorzugsweise ist dieser Werkstoff von hoher Permeabilität und niedriger Leitfähigkeit selbst von einer röhrenförmigen Abschirmung 4 umgeben, welche eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist, um das Feld der Spule auf den Ferrit 5 und die Skineffekt-Schicht der Abschirmung 4 zu begrenzen und äußere Felder von einer Verkopplung mit der Spule 2 abzuhalten. Die Abschirmung 4 begrenzt den von dem Strom in der Spule 2 hervorgerufenen, magnetischen Fluß und schirmt ihn über einen großen Frequenzbereich von Streufeldern ab. Sie ist vorzugsweise aus einem Werkstoff hergestellt, der sowohl eine hohe elektrische Leitfähigkeit als auch eine hohe magnetische Permeabilität aufweist, wie Weicheisen oder Stahl mit einem niedrigen Kohlenstoffanteil.
• Eine elektrische Wechselstrom-Energiequelle 6 und ein Detektorschaltkreis 7, vorzugsweise in Form eines Brückenschaltkreises, ist elektrisch an die Spule 2 angeschlossen. Die Wechselstromquelle 6 arbeitet bei einer Frequenz, vorzugsweise im Bereich von 50 - 200 kHz, welche als Trägerfrequenz fc bezeichnet werden kann. Ein wichtiger Schlüssel für einen effizienten und effektiven Betrieb eines Meßwandlers dieses Typs ist, daß die Frequenz der Quelle 6 hoch genug ist, damit die Skintiefe in dem Kern 3 deutlich geringer ist als der Radius des Kerns und geringer als die Dicke der Röhrenwandung.
• Die Quelle 6 treibt die Spule über einen Widerstand 8, dessen Widerstand viel größer ist als die induktive Reaktanz der Spule und der dieser zugeordneten Strukturen, so daß der Meßwandler näherungsweise von einer Stromquelle erregt wird. Deshalb beträgt die Spannung über der Meßwandlerspule 5 etwa (V/R) * (2 pi fc L).
• Im Rahmen des Detektorschaltkreises 7 detektiert ein AM-Detektor 9 ein Signal, welches proportional zu der Induktivität der Spule 2 und deren zugeordneten Strukturen ist. Die Spulenspannung ist proportional zu der Spuleninduktivität, welche wiederum proportional zu der Verschiebung des Kerns 3 ist.
• Beim Betrieb der in Figur 1 dargestellten Grundschaltung einer Meßvorrichtung für Verschiebungen erregt die Wechselstromquelle 6 den Brückenschaltkreis, der in einem seiner Zweige die Meßwandlerspule 2 enthält. Aufgrund des Skineffekts bei der Frequenz, mit der die Wechselstromquelle 6 arbeitet, werden die magnetischen Felder innerhalb des Kerns 3 auf eine dünne Schicht begrenzt, die näherungsweise gleich der Summe ist aus der Skintiefe in dem Kernmaterial einerseits, welche typischerweise größenordnungsmäßig 0,25 mm dick ist, plus andererseits dem Abstand von dem Außenraum des Kerns 3 bis zum Inneren der Spule 2. Da die Skintiefe beträchtlich geringer ist als der Kernradius, wird der magnetische Fluß auf einen Pfad im Bereich des Kerns 3 begrenzt, der einen erheblich niedrigeren Querschnittsbereich umfaßt als der Flußpfad ohne Kern 3. Da die Reluktanz umgekehrt proportional zu dem Querschnittsbereich des Flußpfads ist, hat der Kern 3 den Effekt, daß die Reluktanz deutlich angehoben wird und demzufolge der magnetische Fluß in dem Kernbereich erheblich reduziert wird. Wenn der Kern 3 teilweise in die Spule 2 des Meßwandlers eingeschoben ist, kann der Innenraum der Spule 2 aufgeteilt werden in denjenigen Bereich, der von dem Kern 3 eingenommen wird, wo der magnetische Fluß niedrig ist, und in den von dem Kern nicht eingenommenen Bereich, wo der magnetische Fluß relativ groß ist im Verhältnis zu dem Kernbereich.
• Aus diesem Grund werden die Flußverkettungen der Spule beim Einschieben des Kerns deutlich verringert, wobei die Reduzierung proportional zu dem Grad des Eintretens des Kerns in die Spule 2 ist. Hierdurch wird die Selbstinduktivität der Spule 2 in einem proportionalen Verhältnis reduziert. Solchermaßen verändert der bewegliche Kern die Selbstinduktivität und die Impedanz und beeinflußt demzufolge die Spannung über dem Meßwandler im Verhältnis zu dessen Verschiebung.
• Während den Fachleuten aus dem Stand der Technik eine große Anzahl von Detektorschaltkreisen zur Detektion eines Signals bekannt ist, das proportional zu den Änderungen in der Spuleninduktivität oder -spannung ist, arbeitet der in Figur 1 dargestellte Detektorschaltkreis sehr gut. Eine Brücke ist derart dimensioniert, daß sie mit einem einstellbaren Widerstand 10 hinsichtlich der Wechselstromamplitude in ein Gleichgewicht gebracht werden kann, wenn der Kern 3 innerhalb der Spule 2 zentriert ist. Die Wechselstromquelle 6 erzeugt ein Signal mit einer Frequenz fc. Die Amplitude des Meßwandlersignals bei der Frequenz f&sub0; am Knoten 11 der Brücke ist proportional zu der Verschiebung des Kerns 3. Die Amplitude des Abgleichsignals mit der Frequenz fc an dem gegenüberliegenden Knoten 12 wird derart eingestellt, daß sie gleich der Amplitude des Meßwandlersignals am Knoten 11 ist, wenn der Kern 3 innerhalb der Spule 2 zentriert ist. Eine Detektionsschaltung, welche zwei AM-Detektoren 9A und 9B sowie einen Diffe renzverstärker 14 umfaßt, ist vorgesehen, um die Differenz zwischen den Modulationsamplituden an den Knoten 11 und 12 zu detektieren.
• Die Verschiebung des Kerns 3 erzeugt tatsächlich ein amplitudenmoduliertes Signal an dem Anschluß 11, dessen Amplitude proportional zur Verschiebung des Kerns 3 ist und von dem AM-Detektor 9B ermittelt werden kann, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, welches direkt proportional zur Verschiebung des Kerns 3 ist. Das Abgleichsignal am Knoten 12 wird mit einem AM-Detektorschaltkreis 9A ermittelt. Die Ausgangssignale der beiden AM-Detektoren 9A und 9B werden an einen Differenzverstärker 14 angelegt, dessen Ausgang ein Signal Vout liefert, welches proportional zur Verschiebung des Kerns 3 ist. Weitere Einzelheiten des Schaltungskonzepts sind ausführlicher in meinem oben zitierten US-Patent beschrieben.
• Ausführungsformen der beschriebenen Erfindung können an relativ zueinander bewegten Teilen nahezu jeder Maschine angebaut oder befestigt werden. Es ist wünschenswert, ein derartiges Bauelement zum Erfassen der Verschiebung eines pneumatischen oder hydraulischen Zylinders einzusetzen, wie er in Steuerungssystemen Verwendung findet. Oben beschriebene Anordnungen können natürlich in einer Vielzahl von Möglichkeiten extern an solche Zylinder angebaut werden. Allerdings schafft eine äußerliche Montage eine zusätzliche, hervortretende Struktur an dem Zylinder, welche unansehnlich ist, der Gefahr von Beschädigungen ausgesetzt ist und die Reservierung eines zusätzlichen Raums erfordert.
• Deshalb wird der Meßwandler bevorzugt innerhalb des Zylinders des hydraulischen oder pneumatischen Aktuators angeordnet. Damit der Meßwandler in dem Aktuator auf eine Art eingebaut werden kann, welche die Bewegung des Kolbens und der daran befestigten Kolbenstange auf der gesamten, während der Oszillation durchmessenen Bahn innerhalb des Zylinders nicht behindert, ist es notwendig, daß ein Loch in die Einheit aus Kolben und Kolbenstange gebohrt wird so daß der Meßwandler an einer Endkappe des Zylinders befestigt werden kann und sich in die Öffnung innerhalb des Kolbens und der Kolbenstange erstrecken kann. Der Meßwandler erstreckt sich solchenfalls vollständig in die Ausnehmung des Kolbens, wenn der Kolben an der Endkappe anliegt, mit der der Meßwandler verbunden ist.
• Die Schwierigkeit bei der Verwendung eines Meßwandlers der in meinem obigen Patent beschriebenen Art liegt darin, daß er eine Bohrung erfordert, welche in ihrem Durchmesser größer ist, wie sie die Hersteller für die Einheit aus Kolben und Kolbenstange zulassen. Typischerweise werden maximal 12 mm erlaubt. Außerdem wäre es notwendig, daß der gleitende Kern an dem Grund der Bohrung mit der Einheit aus Kolben und Kolbenstange verbunden wird. Obwohl die Spule der obigen Ausführungsformen der Erfindung typischerweise einen Durchmesser von 6 bis 10 mm aufweist, erhöht die Hinzunahme der äußeren Ummantelungen aus Ferrit und Abschirmung den Durchmesser des Meßwandlers erheblich auf typischerweise eine Größenordnung von 20 mm.
• Ein anderes Induktionssystem, welches aus der WO 87/00951 bekannt ist, wird verwendet zur Messung eines Drucks oder einer Kraft, welche zu diesem Zweck in eine kleine Verschiebung von 1 bis 5 mm einer Membran umgesetzt wird, wobei die Membran an einem Teil des Induktionssystems befestigt ist. Der unterschiedliche Zweck dieses bekannten Induktionssystems erfordert völlig andere Eigenschaften der Meßanordnung und führt zu einem völlig unterschiedlichen Meßwandler, welcher nicht in einen hydraulischen Zylinder eingebaut werden kann, wo der Kolben sich innerhalb eines Bereichs von etwa 300 mm bewegt. Dies resultiert insbesondere aus der Tatsache, daß dieses vorbekannte Induktionssystem nicht bei einer vorgegebenen Oszillationsfrequenz betrieben werden soll. Die Spule dieses Meßwandlers, welche um einen magnetischen Kern gewickelt ist, liegt schaltungsmäßig in einem bistabilen, schaltenden Elektronikkreis, dessen Schaltfrequenz von der Induktivität der Spule abhängt. Die Induktivität der Spule kann gemäß einer Ausführungsform dieser älteren Druckschrift durch einen Hohlzylinder beeinflußt werden, welcher an der Membran befestigt ist und die Spule gleitend umgreift. Dieser Hohlzylinder besteht aus einem Nichteisen-Metallwerkstoff, so daß seine Relativposition in variablem Umfang das Magnetfeld um die Spule verändert, wobei Wirbelströme entstehen können. Je stärker dieser Hohlzylinder auf die Spule geschoben wird, um so niedriger ist die Induktivität der Spule, und demzufolge reduziert sich die Frequenz des Detektorschaltkreises auf einen sehr niedrigen Wert. Bei solch niedrigen Frequenzen ist die Skintiefe in dem Hohlzylinder viel größer als dessen Wanddicke, so daß die Wirbelströme nicht in der Lage sind, das Feld der Spule auf deren Innenraum zu begrenzen. Die Herabsetzung des Abschirmungseffekts des Hohlzylinders erzeugt unzulässige Nichtlinearitäten.
• Demzufolge ist es ein Anliegen und ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, einen Meßwandler für Verschiebungen von der oben beschriebenen Art zu schaffen, der innerhalb eines Zylinders auf eine deutliche effizientere und erheblich kostengünstigere Art montiert werden kann.
• Ein anderes Ziel und Kennzeichen der Erfindung besteht darin, einen Meßwandler der oben beschriebenen Art zur Verfügung zu stellen, der einen Spulendurchmesser in der Größenordnung von 6 bis 10 mm haben kann, aber keine Bohrung in der Einheit aus Kolben und Kolbenstange mit einem Durchmesser von mehr als 12 mm benötigt und die Notwendigkeit vermeidet, einen Kern an dem Grund der Bohrung zu befestigen.
• Eine wiederum andere Aufgabe der Erfindung ist, einen Meßwandler vorzusehen, der ein lineares Verhalten über seinen gesamten Bewegungsbereich aufweist.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung der relativen Verschiebung eines Kolbens oder einer Kolbenstangeneinheit, welche(r) abdichtend sowie gleitfähig innerhalb des Zylinders eines druckbeaufschlagten Zylinderaktuators gelagert ist, der mit Endkappen zum Abdichten der Zylinderenden versehen ist sowie eine längliche, strom leitende Spule aufweist, welche an einer Endkappe befestigl ist und sich in eine konzentrisch zur Achse des Kolbens bzw. der Kolbenstangeneinheit verlaufende Ausnehmung erstreckt, umfaßt die folgenden Elemente
• a) eine wenigstens einen Teil der Spule umgebende, elektrisch leitende, nicht ferromagnetische Wandung, die an dem Kolben bzw. der Kolbenstangeneinheit befestigt ist, so daß sie gegenüber der Spule in axialer Richtung verschiebbar ist, um den überlappenden Bereich zwischen der Spule und der Wandung zu verändern, wobei sich die Induktivität der Spule bei der angelegten Frequenz verändert;
• b) eine elektrische Wechselstrom-Energiequelle, die mit der Spule verbunden ist, um an diese ein Wechselstromsignal anzulegen, dessen Frequenz mindestens hoch genug ist, damit die Skintiefe in der Wandung weniger als die physikalische Tiefe in dem besagten Körper ist; sowie
• c) einen Detektorschaltkreis, der mit der Spule verbunden ist, um ein Signal nachzuweisen, welches proportional zur Spuleninduktivität ist.
• Die vorliegende Erfindung verbessert das fundamentale Konzept des oben be schriebenen Meßwandlers, indem anstelle einer innerhalb der Spule angeordneten Röhre ein elektrisch leitfähiger, nicht ferromagnetischer Mantel um das Äußere wenigstens eines Teils der Spule gelegt wird. Vorzugsweise ist die Spule an einer Endkappe des Zylinders befestigt und erstreckt sich in eine Öffnung, welche sich in der Achse der Einheit aus Kolben und Kolbenstange innerhalb des Zylin ders befindet und parallel zu dieser verläuft. Der im Außenraum angeordnete, elektrisch leitfähige, nicht ferromagnetische Mantel um die Spule ist vorzugsweise eine Röhre, welche die Öffnung auskleidet.
• Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer aus dem Stand der Technik vorbekannten Meßanordnung gemäß dem oben angesprochenen US-Patent 4, 667,158.
• Fig. 2 ist eine vereinfachte, schematische Ansicht der vorliegenden Erfindung.
• Fig. 3 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der Erfindung, die innerhalb eines mit Flüssigkeitsdruck betriebenen Aktuators angeordnet ist.
• Fig. 4 ist eine schematische Ansicht der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
• Zur Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, welche in der Zeichnung dargestellt ist, wird um der Klarheit willen von einer speziellen Terminologie Gebrauch gemacht. Es ist jedoch nicht beabsichtigt, daß die Erfindung auf die solchermaßen gewählten, speziellen Begriffe begrenzt wird, und jeder spezielle Begriff soll derartig aufgefaßt werden, daß er alle technischen Äquivalente umfaßt, welche in einer ähnlichen Art betrieben werden, um einen ähnlichen Zweck zu erreichen. Bspw. wird das Wort angeschlossen oder ein ähnlicher Begriff oft verwendet. Diese Begriffe sind nicht auf eine direkte Verbindung eingeschränkt, sondern umschließen Verbindungen durch andere Schaltkreiselemente, sofern eine derartige Verbindung von den im Stand der Technik bewanderten Fachleuten als äquivalent eingestuft wird.
• Figur 2 stellt einen Meßwandler dar, der die vorliegende Erfindung verkörpert und in einer Meßanordnung für die Relativverschiebung zwischen zwei Körpern verwendet wird. Eine langgestreckte, stromleitende Spule 20 ist um eine nichtleitende Spulenform oder Induktionsrolle 22 gewunden. Die Spule 20 und ihre Induktionsrolle 22 sind an einem ersten von zwei relativ zueinander beweglichen Körpern befestigt.
• Ein elektrisch leitender, nicht ferromagnetischer Mantel 24 umgibt wenigstens einen Teil der Spule 20. Vorzugsweise ist der Mantel 24 eine zylindrische Röhre, die eine lineare Achse aufweist, welche koaxial zur Achse der Spule 20 verläuft. Der umgebende Mantel 24 ist an einem zweiten Körper festgelegt, so daß er sich zusammen mit diesem gegenüber der Spule in koaxialer Richtung oszillierend bewegen kann, um das Ausmaß zu variieren, in dem die Spule von dem Mantel überlappt wird.
• Wie bei der Ausführungsform nach Figur 1 wird eine elektrische Wechselstrom- Energiequelle angeschlossen, um ein Wechselstromsignal an die Spule 20 anzulegen. Die Frequenz dieses Signals muß wenigstens groß genug sein, so daß die Skintiefe in dem Mantel 24 kleiner ist als die physikalische Tiefe dieses Mantels. Infolgedessen zieht eine lineare Versetzung des Mantels 24 eine Reduzierung des querschnittlichen Bereichs des Flußpfades außerhalb der Spule nach sich und verursacht demzufolge eine weitgehend lineare Veränderung der Induktivität der Spule 20 in einer Art ähnlich den Änderungen des Meßwandlers aus Figur 1.
• Figur 3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in einem fluidbetätigten Aktuatorzylinder 30 eingebaut ist. Der fluidbetätigte Aktuatorzylinder 30 verfügt über ein Paar von herkömmlichen Endkappen 32 und 34 sowie über eine Baugruppe 36 aus Kolben und Kolbenstange, welche in dem Zylinder abdichtend gleiten kann. Die Kolbenstange 38 kann in abdichtender Form durch die Endkappe 34 gleiten zum Zweck der Verbindung an eine mechanische Komponente, welche von dem Aktuator angetrieben wird. Die Spule 40 ist um die Induktionsrolle 42 gewunden.
• Eine flüssigkeitsundurchlässige, nicht ferromagnetische Schutzumhüllung 44 kann die Spule 40 umschließen und sich durch die Endkappe 32 erstrecken, um sich zum Außenraum des Zylinders zu öffnen. Die Spule, gemeinsam mit der Induktionsrolle, auf welche sie gewickelt ist, kann an der Endkappe 32 festgelegt sein, indem sie in axialer Richtung in die undurchlässige Umhüllung 44 eingeschoben wird. Dies erlaubt es den elektrischen Leitern, welche die Spule 40 mit der elektrischen Wechselstromenergiequelle und dem Detektorschaltkreis 54 verbinden, sich durch die Öffnung 56 der Umhüllung zu erstrecken.
• Nun wird auf die in Figur 4 dargestellte und präferierte Alternative Bezug genommen, wobei die Spule 60 auf einer Induktionsrolle 62 einfach durch einen isolierten Magnetdraht gebildet wird, welcher die Spule vor der Flüssigkeit und der Umgebung schützt. Die Rolle ist direkt an der Endkappe 64 festgelegt und eine herkömmliche, hochdrucktaugliche Drahtdurchführung 66 wird verwendet, um die Drähte 68 und 70 zum Anschluß an einen externen Schaltkreis herauszuführen. Auf diesem Weg kann die Schutzumhüllung 54 aus Figur 3 weggelassen werden, so daß die Bohrung in dem Kolben/Kolbenstab geringer sein kann.
• Unter gleichzeitiger Bezugnahme auf die Figuren 3 und 4 ist ein Loch 48 oder 148 in das Ende der Baugruppe 36 oder 136 aus Kolben und Kolbenstange eingebohrt, so daß sich die Schutzumhüllung 34, falls verwendet, und die Spule 40 oder 60 in die achsparallele Bohrung 48 oder 148 der Baugruppe 36 oder 136 aus Kolben und Kolbenstange erstrecken kann. Ein elektrisch leitender, nicht ferromagnetischer, röhrenförmiger Mantel, bspw. aus einer Kupfer- oder Aluminiummuffe 50 oder 150, kleidet die Bohrung 48 oder 148 aus und dient zur Reduzierung der Flußverkettungen durch Erhöhung der Reluktanz des äußeren Flußpfads der Spule in dem an die Muffe 50 oder 150 angrenzenden Bereich. Auf diesem Weg kann die Induktivität proportional zur Verschiebung der Baugruppe aus Kolben und Kolbenstange verändert werden.
• Es ist wünschenswert, den Meßwandler auch bei Entfernung des röhrenförmigen Mantels 50 oder 150 abzuschirmen und einen Flußpfad mit niedriger Reluktanz für die Spule 40 oder 60 vorzusehen, der einzig durch die Verschiebung des röhrenförmigen Mantels 50 oder 150 gegenüber der Spule 40 oder 60 verändert wird. Dies läßt sich ohne Schwierigkeiten bei der Ausführungsform in Figur 3 durch den Zylinder 30 oder 130 bewerkstelligen, welcher die Baugruppe aus Kolben und Kolbenstange umgibt und typischerweise bei der herkömmlichen Bauart aus einem ferromagnetischen Werkstoff gefertigt ist, sowie durch den Luftspalt zwischen Spule und Zylinder. Solchermaßen wirkt der Zylinder selbst mit dem Meßwandler zusammen, um die Spule in derselben Art wie die Abschirmung 4 und der Ferrit 5 aus Figur 1 abzuschirmen.
• Während gewisse bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben worden sind, soll darauf hingewiesen werden, daß verschiedene Modifikationen möglich sind, ohne den Bereich der beigefügten Ansprüche zu verlassen.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Messung der relativen Verschiebung eines Kolbens oder einer Kolbenstangeneinheit (36; 136), welche(r) abdichtend sowie gleitfähig innerhalb des Zylinders eines druckbeaufschlagten Zylinderaktuators (30; 130) gelagert ist, der mit Endkappen (32, 34; 60) 10 zum Abdichten der Zylinderenden versehen ist sowie eine längliche, stromleitende Spule (40; 60) aufweist, welche an einer Endkappe (32; 64) befestigt ist und sich in eine konzentrisch zur Achse des Kolbens bzw. der Kolbenstangeneinheit (36; 136) verlaufende Ausnehmung (48; 148) erstreckt, gekennzeichnet durch die folgenden Elemente:

a) eine wenigstens einen Teil der Spule (40, 60) umgebende, elektrisch leitende, nicht ferromagnetische Wandung (24; 150), die an dem Kolben bzw. der Kolbenstangeneinheit (36; 136) befestigt ist, so daß sie gegenüber der Spule (40; 60) in axialer Richtung verschiebbar ist, um den überlappenden Bereich zwischen der Spule (40; 60) und der Wandung (24; 150) zu verändern, wobei sich die Induktivität der Spule (40; 60) bei der angelegten Frequenz verändert;

b) eine elektrische Wechselstrom-Energiequelle (6), die mit der Spule (40; 60) verbunden ist, um an diese ein Wechselstromsignal anzulegen, dessen Frequenz mindestens hoch genug ist, damit die Skintiefe in der Wandung (24,150) weniger als die physikalische Tiefe in dem besagten Körper ist; sowie

c) einen Detektorschaltkreis (7), der mit der Spule (40; 60) verbunden ist, um ein Signal nachzuweisen, welches proportional zur Spuleninduktivität ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende, nicht ferromagnetische Wandung (24) aus einer Muffe (150) gebildet ist, welche die Öffnung (48; 148) des Kolbens bzw. der Kolbenstangeneinheit (36; 136) auskleidet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (40; 60) schraubenförmig ist mit einer linearen Achse, und daß die elektrisch leitende, nicht ferromagnetische Wandung (24) als Röhre ausgebildet ist, welche die Spule (20) umgibt.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine ferromagnetische Abschirmung die alternierend längsverschiebbare, elektrisch leitende, nicht ferromagnetische Wandung (24; 150) und die Spule (40; 60) umgibt, im einen Flußpfad mit einem niedrigen magnetischen Widerstand zu schaffen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die um die Spule (40; 60) herumgelegte Abschirmung durch den hydraulischen Zylinder (130) gebildet ist, der zu diesem Zweck aus ferromagnetischen Material gefertigt ist und für die Spule (40; 60) einen Flußpfad mit einem niedrigen magnetischen Widerstand darstellt.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine für Flüssigkeit undurchdringliche, nicht ferromagnetische Ummantelung (44) die Spule (40; 60) umgibt und zwischen der Spule (40; 60) und der elektrisch leitenden, nicht ferromagnetischen Wandung (24; 150) angeordnet ist, um die Spule gegenüber der Umgebung der Wandung zu schützen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die für Flüssigkeit undurchdringliche, nicht ferromagnetische Ummantelung (44), welche die Spule (40; 60) umgibt und zwischen der Spule (40; 60) und der elektrisch leitenden, nicht ferromagnetischen Wandung (24; 150) angeordnet ist, sich durch die Endkappe (32; 64) erstreckt, um sich zu dem Außenraum des Zylinders (30; 130) zu öffnen; sowie dadurch, daß die elektrischen Verbindungen (68, 70) zu der Spule (40; 60) durch die Öffnung (56; 66) der Ummantelung (44) hergestellt sind.