DE9017076U1

DE9017076U1 - Stellungssensor

Info

Publication number: DE9017076U1
Application number: DE9017076U
Authority: DE
Original assignee: Schaltbau GmbH
Current assignee: Schaltbau GmbH
Priority date: 1990-12-18
Filing date: 1990-12-18
Publication date: 1992-04-16
Anticipated expiration: 2000-12-19
Also published as: WO1992011510A1

Description

G 2177-001/SÜ

Stellungssensor Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stellungssensor für einen Stellantrieb mit einem hinter einer Gehäusewand bewegbaren Stellglied aus einem magnetisch leitendem Material, mit einem außerhalb des Gehäuses angebrachten und einen Luftspalt bildenden magnetischen Leiter und einer Magnetfeldsonde, die in dem Luftspalt angeordnet ist.

Ein solcher Stellungssensor ist beispielsweise aus dem deutschen Gebrauchsmuster G 89 01 770.6 bekannt. Der dortige Stellungssensor hat den Vorteil, daß er auch bei Hydraulikzylindern anwendbar ist, die ein Gehäuse aus einem magnetisch abschirmenden Material, z.B. Stahl, aufweisen. Dies ist bereits ein großer Fortschritt gegenüber früheren Stellungssensoren, die bei solchen Zylindern nicht anwendbar waren.

Allerdings ist es bei dem bekannten Stellungssensor notwendig, daß an dem Stellglied Permanent- oder Elektromagnete vorgesehen werden, um ein Magnetfeld zu erzeugen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Vorsehen von Permanentmagneten an dem Stellglied selbst zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

der magnetische Leiter ein Verbindungsjoch umfaßt, das an seinen sich gegenüberliegenden Enden über je einen Magneten und etwa in der Mitte, unter Freilassung des Luftspaltes, durch einen Mittelsteg mit der Gehäusewand verbunden ist, und daß die beiden Magnete in ihrer Polung so angeordnet sind, daß der magnetische Fluß im Mittelsteg und damit in der Magnetfeldsonde, in einer vorbestimmbaren Stellung des Stellgliedes aufgehoben ist.

Der Vorteil dieser Anordnung ist, daß an dem Stellantrieb selbst keine Änderungen mehr vorgenommen werden müssen. Sämtliche, für den Betrieb des Stellungssensors notwendigen Teile können außerhalb der Gehäusewand des Stellantriebes vorgesehen sein. Einzige Voraussetzung ist, daß das Stellglied im wesentlichen aus einem magnetisch leitenden Material besteht. Durch die erfindungsgemäße Lösung werden zwei Magnetkreise gebildet, deren magnetischer Fluß sich im Mittelsteg in einer vorbestimmten Stellung des Stellgliedes aufhebt. Wenn man den Magnetfluß durch den Magnetfeldsensor über einen Teil des Weges des Stellgliedes verfolgt, kann man somit auch feststellen, aus welcher Richtung sich das Stellglied einer vorbestimmten Stellung nähert. Magnetische Störgrößen haben praktisch keinen Einfluß auf die Wirksamkeit des Stellungssensors, da sich der magnetische Fluß bei einer vorbestimmten Stellung des Stellgliedes im Mittelsteg stets aufhebt, und somit stets ein Nulldurchgang zu verzeichnen ist.

Wenn sich das Joch in Bewegungsrichtung des Stellgliedes längs erstreckt, ist es günstig, wenn der Abstand zwischen dem Mittelsteg und den Magneten etwa der Länge des Stellgliedes entspricht. Auf diese Weise wird ein verhältnismäßig starker magnetischer Fluß durch die

Magnetfeldsonde auch dann erreicht, wenn die Gehäusewand des Stellantriebes aus einem magnetisch abschirmendem Material besteht.

Auf einfache Weise können Magnete als Dauermagnete ausgebildet sein.

Insbesondere für eine nachträgliche Anbringung ist es günstig, wenn der Stellungssensor in einem lösbar an dem Gehäuse des Stellantriebes anbringbaren Schutzgehäuse untergebracht ist.

In diesem Zusammenhang wird besonders bevorzugt, wenn der Stellungssensor in das Schutzgehäuse eingegossen ist derart, daß jeweils die dem Verbindungsjoch abgewandten Seiten der Magnete und des Mittelsteges offen an einer Seite des Schutzgehäuses liegen.

Die Erfindung bezieht sich ferner auch auf einen hydraulischen oder pneumatischen Druckzylinder mit einem Kolben aus magnetisch leitendem Material und einem Stellungssensor, der auf die oben beschriebene Art ausgebildet ist. Insbesondere bezieht sich die Erfindung dabei auf solche Druckzylinder, deren Gehäuse aus einem magnetisch leitenden Material besteht.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung

eine Schnittansicht durch einen Druckzylinder mit auf die Gehäusewand aufgesetztem Ste1lungssensor,

Fig. 2 den Druckzylinder in einer

ähnlichen Ansicht wie Fig. 1, jedoch mit dem Druckkolben an anderer Stelle,

Fig. 3 den Druckzylinder in einer

ähnlichen Ansicht wie Fig. 1, jedoch den Druckkolben in einer noch weiter verschobenen Stellung, und

Fig. 4 in einem Diagramm das Verhältnis zwischen magnetischem Fluß durch die Magnetfeldsonde des Stellungssensors und dem Weg des Druckkolbens im Druckzylinder.

In den Fig. 1 bis 3 ist in schematischer Darstellung ein längsgeschnittener Hochdruckhydraulikzylinder 1 abschnittsweise dargestellt. Der Hydraulikzylinder 1 umfaßt eine Zylinderwand 2, die bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem magnetisch leitenden Material, nämlich hochfestem Stahl besteht. Innerhalb der Zylinderwand 2 ist ein Druckkolben 3 hin- und herverschiebbar angeordnet. Der Druckkolben 3 besteht ebenfalls aus einem magnetisch leitendem Material, z.B. Stahl. Wie bei der derartigen hydraulischen Stellantrieben üblich, ist der Druckkolben 3 mit einer Kolbenstange 4 verbunden, die über nicht näher dargestellte Anschlüsse mit den jeweils zu bewegenden Bauteilen verbunden werden kann. Die Endkappen des Zylinders sowie etwaige Dichtungen sind der Übersichtlichkeit halber auch nicht dargestellt.

Auf der Außenseite der Zylinderwand 2 ist ein Stellungssensor 5 angeordnet. Dieser Stellungssensor umfaßt, in ein Schutzgehäuse 6 eingegossen, zwei im Abstand voneinander angeordnete Dauermagnete 7 und 8, einen etwa in der Mitte zwischen den beiden Dauermagneten 7 und 8 aufgestellten Mittelsteg 9 aus einem magnetisch leitenden Material und ein Verbindungsjoch 10, das sich von einem Pol des einen Dauermagnetens 7 zu dem anderen Pol des anderen Dauermagnetens 8 erstreckt und die beiden Magnete 7 und 8 miteinander verbindet, wobei der Mittelsteg 9, der sich im wesentlichen senkrecht zu dem Verbindungsjoch erstreckt, unter Freilassung eines Luftspaltes überspannt wird. Mit den jeweils anderen Polen sitzen die Dauermagnete 7 und 8 auf der Zylinderwand 2 des Druckzylinders 1 auf, ebenso, wie der Mittelsteg 9.

In dem Luftspalt zwischen dem Mittelsteg 9 und dem Verbindungsjoch 10 ist eine Magnetfeldsonde 11, in diesem Fall eine Hallsonde vorgesehen, die mit einer Auswerteeinheit 12 verbunden ist.

Wie aus der Zeichnung deutlich ersichtlich ist, erstreckt sich das Verbindungsjoch 10 in Bewegungsrichtung des Druckkolbens 3. Der Abstand zwischen dem Mittelsteg 9 zu jeweils einem der Dauermagnete 7 oder 8 entspricht etwa der Länge des Druckkolbens 3. Ferner ist auch zu erkennen, daß die Anordnung der Magnete 7 und 8 und des Verbindungsjochs 10 symmetrisch zum Mittelsteg 9 vorgenommen ist. Die Polanordnung der Dauermagnete 7 und 8 ist entgegengesetzt gewählt, so daß bei dem einen Magneten der Südpol an der Zylinderwand 2 des Druckzylinders anliegt, während der Nordpol mit dem Verbindungsjoch

verbunden ist. Bei dem anderen Dauermagneten 8 hingegen ist der Nordpol mit der Zylinderwand 2 verbunden, während der Südpol mit dem Verbindungjoch 10 in Berührung ist.

Auf diese Weise bilden sich in dem Stellungssensor 5 in Verbindung mit der Zylinderwand 2 zwei Magnetkreise 13 und 14 aus, deren magnetischer Fluß, soweit die beiden Magnetkreise nicht gestört werden, sich im Mittelsteg, und damit auch in der Magnetfeldsonde 11, aufhebt. Wird nun der Druckkolben 3 in den Bereich des Stellungsensors 5 verschoben, wo wird der magnetische Widerstand der Zylinderwand dort, wo sich gerade der Druckkolben 3 befindet, herabgesetzt, so daß der magnetische Fluß in einem der beiden Magnetkreise erhöht und im Mittelsteg 9 nicht mehr kompensiert wird. Der magnetische Fluß kann, je nach dem welcher der Magnetkreise 13 oder 14 verstärkt wird, durch die Hallsonde 11 der Richtung und dem Betrage nach bestimmt werden kann.

Die Befestigung des Stellungssensors 5 kann mittels Spannringen oder Schlauchschellen erfolgen, wie dies näher in dem deutschen Gebrauchsmuster G 89 01 770 beschrieben ist.

Im folgenden wird die Wirkungs- und Funktionsweise des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Wenn sich der Druckkolben 3 weit außerhalb des Bereichs des Druckzylinders befindet, an dem der Stellungssensor 5 angebracht ist, befinden sich beide Magnetkreise 13 und 14 im Gleichgewicht, so daß die Hallsonde 11 keinen magnetischen Fluß registriert. Dieser Zustand wird in dem Diagramm in Fig. 4 durch die äußeren Äste der eingezeichneten Kurve symbolisiert. Wird nun der

Druckkolben 3 in den Bereich des Stellvmgssensors hineingefahren, so verringert sich der magnetische Widerstand eines der beiden Magnetkreise 13 bzw. 14. Für den rechten Magnetkreis 13 ist die größte Widerstandsverringerung erreicht, wenn der Druckkolben die in Fig. 2 gezeigte Stellung I einnimmt. Da auf diese Weise der magnetische Fluß im Magnetkreis 13 den des Magnetkreises 14 übertrifft, ergibt sich in dem Mittelsteg 9 und somit auch durch die Hallsonde 11 ein resultierender Magnetfluß nach oben, der in dieser Stellung seinen größten Betrag annimmt. In Fig. 4 ist diese Stelle, an der die Hallsonde 11 die größte Amplitude A registriert, ebenfalls mit I gekennzeichnet.

Wenn der Druckkolben nun weiter nach links verschoben wird, nimmt der magnetische Widerstand in der zu dem ersten Magnetkreis 13 gehörenden Zylinderwand 2 wieder zu, so daß sich der magnetische Fluß durch die Hallsonde 11 verringert. Wenn der Druckkolben 3 genau symmetrisch zu dem Mittelsteg 9 angeordnet ist, weisen beide Magnetkreise 13 und 14 wieder dieselben magnetische Widerstände auf, so daß der magnetische Fluß in dem Mittelsteg 9 wieder kompensiert wird. Die Hallsonde 11 registriert somit keinen magnetischen Fluß. Diese Stellung des Druckkolbens ist in Fig. 3 mit II bezeichnet und auch in Fig. 4 wiedergegeben.

Wird der Druckkolben 3 noch weiter nach links verschoben, so verstärkt sich der magnetische Fluß in dem Magnetkreis 14, wodurch sich in dem Mittelsteg 9 ein resultierender magnetischer Fluß in umgekehrter Richtung einstellt, der dann durch die Hallsonde 11 registriert wird. Dieser Verlauf des magnetischen Flusses in Abhängigkeit von der Stellung des Sensors ist in der linken Hälfte des Diagramms in Fig. 4 dargestellt.

Durch diese Charakteristik des Stellungssensors ist es auf einfache Weise möglich, den Stellungssensor als Endschalter zu verwenden, ohne daß vorher aufwendige Justierungen durchgeführt werden müssen. Die oben beschriebene Charakteristik bleibt nämlich zumindest vom Prinzip her immer gleich, unabhängig davon, welche magnetischen Widerstände insgesamt auftreten. Wichtig ist, daß die Hallsonde 11 in der Stellung II keinen magnetischen Fluß registriert, wohl aber kurz vor Erreichen und nach Überschreiten dieser Stellung.

Es ist ferner darauf hinzuweisen, daß sich der Stellungssensor 5 auch für solche Druckzylinder eignet, bei denen die Zylinderwand 2 aus einem nicht-magnetisierbaren Material, wie z.B. Kupfer, Aluminium und dgl. besteht.

Schließlich ist es auch möglich, das bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als ein Teil dargestellte Verbindungsjoch 10 in zwei Jochs zu trennen, um auf diese Weise einen Kurzschluß zwischen den beiden Magnetkreisen 13 und 14 zu vermeiden. Ferner ist es auch denkbar, daß die Magnetfeldsonde im Verlauf des Mittelstegs 9 oder auch in der Mitte des Verbindungsjochs vorgesehen ist.

Claims

1. Stellungssensor (5) für einen Stellantrieb (1) mit einem hinter einer Gehäusewand (2) bewegbaren Stellglied (3) aus einem magnetisch leitenden Material, mit einem außerhalb der Gehäusewand (2) angebrachten und durch einen Luftspalt unterbrochenen magnetischen Leiter (9, 10), und einer Magnetfeldsonde (11)^ die im Luftspalt angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Leiter ein Verbindungsjoch (10) umfaßt, das an seinen sich gegenüberliegenden Enden über je einen Magneten (7, 8) und etwa in der Mitte, unter Freilassung des Luftspaltes, durch einen Mittelsteg (9) mit der Gehäusewand (2) verbunden ist, und daß die beiden Magnete (7, 8) in ihrer Polung so angeordnet sind, daß der magnetische Fluß im Mittelsteg (9), und damit in der Magnetfeldsonde (11), in einer vorbestimmbaren Stellung des Stellgliedes (3) aufgehoben ist.

2. Stellungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Verbindungsjoch (10) in Bewegungsrichtung des Stellgliedes (3) längserstreckt, und daß der Abstand zwischen dem Mittelsteg (9) und den Magneten (7, 8) etwa der Länge des Stellgliedes (3) entspricht.

3. Stellungssensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (7, 8) als Dauermagnete ausgebildet sind.

4. Stellungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellungssensor in einem lösbar an der Gehäusewand (2) des Stellantriebs (1) anbringbaren Schutzgehäuse (6) untergebracht ist.

5. Stellungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellungssensor in das

Schutzgehäuse (6) eingegossen ist derart, daß jeweils die dem Verbindungsjoch abgewandten Seiten der Magnete (7, 8) und des Mittelsteges (9) an einer Seite des Schutzgehäuses (6) freiliegen.

6. Hydraulischer oder pneumatischer Druckzylinder (1) mit einem Kolben (3) aus magnetisch leitendem Material und einem Stellungssensor (5), dadurch gekennzeichnet, daß der Stellungssensor (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist.

7. Druckzylinder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäusewand des Druckzylinders (1) aus einem magnetisch leitendem Material besteht.