EP0133871A2 - Einrichtung zur Erfassung der relativ zu einem ersten Punkt veränderbaren Position eines zweiten Punktes - Google Patents

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EP0133871A2
EP0133871A2 EP84105776A EP84105776A EP0133871A2 EP 0133871 A2 EP0133871 A2 EP 0133871A2 EP 84105776 A EP84105776 A EP 84105776A EP 84105776 A EP84105776 A EP 84105776A EP 0133871 A2 EP0133871 A2 EP 0133871A2
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EP
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elastic element
cylinder
housing
displacement sensor
point
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Helmut Göttling
Rudolf Möller
Walter Brausfeld
Peter Müller
Gerhard Scharnowski
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Wabco Westinghouse Steuerungstechnik and Co GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/20—Other details, e.g. assembly with regulating devices
    • F15B15/28—Means for indicating the position, e.g. end of stroke
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S33/00—Geometrical instruments
    • Y10S33/15—Piston position indicator

Definitions

  • the invention relates to a device for detecting the position of a second point that can be changed relative to a first point according to the preamble of patent claim 1.
  • Such devices find e.g. Use as a positioning device on working cylinders to determine the respective piston position or to be able to precisely control the piston stroke as a function of predeterminable values.
  • the invention has for its object to provide a device of the type mentioned, which can be manufactured with simple means and with only a small amount of components.
  • the device according to the invention has the particular advantage of being universally applicable. Since only one with one is used to detect the position of the second part, which is movable relative to a first part Elastic element interacting with the displacement transducer is required, the elongation of which is measured in a predeterminable range (travel reduction - long piston travel, short measuring distance -), this device can be used to measure not only a straight travel but also a curved travel in a simple manner.
  • the device can be arranged both in the cylinder and on the cylinder housing. It is thus possible to retrofit any working cylinder with such a device in a simple manner.
  • Short-stroke electro-mechanical displacement transducers can advantageously be used.
  • the figure shows a working cylinder in which the device according to the invention is attached to the outside of the cylinder.
  • the device is connected to the piston rod via a driver attached to the piston rod.
  • the working cylinder shown in the figure consists essentially of a cylinder tube 4, a cylinder base 7, a cylinder cover 1 and a working piston guided in the cylinder tube 4, which is connected to a piston rod 36.
  • the cylinder cover 1 and the cylinder base 7 are clamped to the cylinder tube 4 via tie rods 5, 6 and nuts 2, 3.
  • a housing 8 is fastened to the circumference of the cylinder bottom and carries a tubular extension 28 on its side facing the cylinder cover 1.
  • a lever which is provided with a bearing eye and serves as a catch 35, is pushed onto the free end of the piston rod 36 and fixed on the piston rod 36 by means of a screw 37.
  • the driver 35 carries at its free end a tube 31 which runs parallel to the longitudinal axis of the cylinder and extends telescopically into the tubular extension 28 of the housing 8.
  • a screw 34 is screwed into the driver 35 in such a way that its free end region projects into the tube 31.
  • the eyelet-shaped end 32 of a tension spring 29 serving as an elastic element is suspended in a recess 33 of the screw 34.
  • a cylindrical holder 17, 20 is screwed into the other end of the tension spring 29 with its stepped region 20.
  • the holder 17, 20 has a guide ring 18 running in the circumferential direction and is arranged displaceably in a bore 21 of the housing 8 running parallel to the longitudinal axis of the cylinder.
  • the other end of the tension spring 29 is fixed by means of an adjusting screw 12, which is held in a cover 15 which closes the bore 21 at the end and is screwed into the holder 17, 20.
  • At least two pins 11, 14 are provided on the cover 15, which engage in corresponding recesses in the holder 17, 20, so that when the adjusting screw 12 is rotated, only a displacement movement of the holder 17, 20 in Longitudinal direction takes place.
  • a cap 10 is over the Cover 15 put over and fastened to the housing 8 by means of screws 9, 16, so that unintentional loosening of the cover 15 or unintentional adjustment of the adjusting screws 12, 13 is excluded.
  • a displacement transducer 22 On the side facing away from the spring chamber 21 of a wall 23 dividing the housing 8 there is a displacement transducer 22 which e.g. can be designed as a slide potentiometer, attached.
  • the displacement sensor 22 has an actuator 24, 26 which has a projection 26 which extends through a recess provided in the wall 23 in the direction of the tension spring 29.
  • the projection 26 bears on a turn of the tension spring 29 and is held on the turn by means of a relatively weak compression spring 25, which is supported on the housing of the displacement sensor 22 and acts on the actuator 24, 26 in the tensioning direction of the tension spring 29.
  • the housing 8 is closed by a cover 27.
  • An evaluation and control circuit (not shown) is provided, which is electrically connected on the one hand via a cable guide 19 to the displacement transducer 22 and on the other hand to a solenoid valve device (not shown) for ventilating the cylinder.
  • a wiper ring 30 is arranged on the free end of the tubular extension 28 of the housing 8, which abuts the tube 31.
  • the total travel of the tension spring 29 is equal to the distance traveled by the piston rod 36.
  • the actuator 24, 26 of the displacement transducer 22 has its tap not at the end of the tension spring 29 on the piston rod side, but is tapped at a turn near the holder 17, 20, the actuator 24, 26 travels a path which is equal to the reduced spring travel the tension spring 29. That is, the path covered by the actuator 26, 24 is reduced compared to the path covered by the piston rod 36.
  • a voltage is applied to the evaluation and control circuit, the size of which represents the distance traveled by the actuator 24, 26, which is reduced compared to the piston rod travel and proportional to the piston rod travel. This actual value is compared with the target value.
  • the solenoid valve device shuts off the working chamber of the working cylinder from the pressure medium source.
  • any piston position can be used determine or predetermine.
  • any other elastic element can of course be used instead of a tension spring.
  • the application of the device described above is not tied to the exemplary embodiment but can be used wherever the position of two parts which can be moved relative to one another is to be determined or predetermined.
  • the already existing spring can be taken in working cylinders that can be pressurized on one side or, in the case of valves, the valve spring.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erfassung der relativ zu einem ersten Punkt veränderbaren Position eines zweiten Punktes. Es ist ein elastisches Element vorgesehen, welches mit seinem einen Ende an einem ersten Teil und mit seinem anderen Ende an einem zweiten Teil, welches relativ zum ersten Teil bewegbar ist, befestigt ist. Ein Wegaufnehmer, dessen Stellgliedhub kleiner ist als der aufzunehmende Weg des zweiten Teiles ist mit seinem Stellglied mit einem zwischen den beiden Teilen liegenden Teilstück des elastischen Elementes verbunden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erfassung der relativ zu einem ersten Punkt veränderbaren Position eines zweiten Punktes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Derartige Einrichtungen finden z.B. als Positioniereinrichtung an Arbeitszylindern Anwendung, um die jeweilige Kolbenposition festzustellen oder auch den Kolbenhub in Abhängigkeit von vorbestimmbaren Werten genau steuern zu können.
  • Es ist denkbar, zu diesem Zweck am Zylinder ein Untersetzungsgetriebe anzuordnen, welches von einer mit der Kolbenstange verbundenen Zahnstange angetrieben wird. An das Untersetzungsgetriebe läßt sich ein Potentiometer anschließen, welches in Abhängigkeit von dem von der Kolbenstange zurückgelegten Weg Signale abgibt, die den Kolbenstangenweg darstellen.
  • Eine derartige Ausbildung und Anordnung einer Einrichtung zur Erfassung der Position eines Teiles ist relativ aufwendig. Um einen störungsfreien Betrieb und eine zufriedenstellende Genauigkeit der Einrichtung zu gewährleisten, müssen die Zahnräder des Untersetzungsgetriebes sowie die Zahnstange sehr genau gefertigt werden.
  • Aber auch bei sehr genauer Fertigung der einzelnen Teile, wie Wellen, Lager, Zahnräder und Zahnstangen lassen sich nach längerem Betrieb Ungenauigkeiten nicht ganz vermeiden, da sich im Laufe der Zeit Spiel zwischen den Zahnrädern und an den Lagerstellen einstellt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genanntenArt zu schaffen, welche sich mit einfachen Mitteln und mit nur geringem Bauteileaufwand herstellen läßt.
  • Diese Aufgabe wird mit der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen aufgezeigt.
  • Die erfindungsgemäße Einrichtung bietet insbesondere den Vorteil, universell einsetzbar zu sein. Da zur Erfassung der Position des relativ zu einem ersten Teil bewegbaren zweiten Teiles lediglich ein mit einem Wegaufnehmer zusammenwirkendes elastisches Element benötigt wird, dessen Dehnung in einem vorbestimmbaren Bereich gemessen wird (Weguntersetzung - langer Kolbenweg, kurze Meßstrecke -), läßt sich mit dieser Einrichtung auf einfache Art und Weise nicht nur ein gerader Weg sondern auch ein gekrümmter Weg messen. Bei Verwendung dieser Einrichtung zur Positionierung des Kolbens eines Arbeitszylinders kann die Einrichtung sowohl im Zylinder als auch am Zylindergehäuse angeordnet werden. Es ist somit möglich, jeden beliebigen Arbeitszylinder nachträglich auf einfache Art und Weise mit einer derartigen Einrichtung auszurüsten.
  • Es können in vorteilhafter Weise kurzhubige elektro-mechanische Wegaufnehmer eingesetzt werden.
  • Anhand der Zeichnung wird nachstehend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
  • Die Abbildung zeigt einen Arbeitszylinder, bei welchem die erfindungsgemäße Einrichtung außen am Zylinder befestigt ist. Zur Lagebestimmung des Arbeitskolbens ist die Einrichtung über einen an der Kolbenstange befestigten Mitnehmer mit der Kolbenstange verbunden.
  • Der in der Abbildung dargestellte Arbeitszylinder besteht im wesentlichen aus einem Zylinderrohr 4, einem Zylinderboden 7, einem Zylinderdeckel 1 sowie einem im Zylinderrohr 4 geführten Arbeitskolben, welcher mit einer Kolbenstange 36 verbunden ist. Der Zylinderdeckel 1 und der Zylinderboden 7 sind über Zuganker 5, 6 und Muttern 2, 3 mit dem Zylinderrohr 4 verspannt.
  • Auf dem Zylinderbodenumfang ist ein Gehäuse 8 befestigt, welches auf seiner dem Zylinderdeckel 1 zugewandten Seite einen rohrförmigen Fortsatz 28 trägt. Auf das freie Ende der Kolbenstange 36 ist ein mit einem Lagerauge versehener als Mitnehmer 35 dienender Hebel aufgeschoben und mittels einer Schraube 37 auf der Kolbenstange 36 fixiert. Der Mitnehmer 35 trägt an seinem freien Ende ein Rohr 31, welches parallel zur Zylinderlängsachse verläuft und sich teleskopartig in den rohrförmigen Fortsatz 28 des Gehäuses 8 hineinerstreckt. In den Mitnehmer 35 ist eine Schraube 34 eingedreht, und zwar derart, daß ihr freier Endbereich in das Rohr 31 hineinragt.
  • In eine Ausnehmung 33 der Schraube 34 ist das ösenförmig ausgebildete Ende 32 einer als elastisches Element dienenden Zugfeder 29 eingehängt. In das andere Ende der Zugfeder 29 ist mit ihrem abgestuften Bereich 20 eine zylindrische Halterung 17, 20 eingedreht. Die Halterung 17, 20 weist einen in Umfangsrichtung verlaufenden Führungsring 18 auf und ist in einer parallel zur Zylinderlängsachse verlaufenden Bohrung 21 des Gehäuses 8 verschiebbar angeordnet. Mittels einer Einstellschraube 12, welche in einem die Bohrung 21 stirnseitig verschließenden Deckel 15 gehalten wird und in die Halterung 17, 20 eingedreht ist, wird das andere Ende der Zugfeder 29 fixiert. Um ein Verdrehen der Halterung 17, 20 zu verhindern, sind am Deckel 15 wenigstens zwei Stifte 11, 14 vorgesehen, welche in entsprechende Ausnehmungen der Halterung 17, 20 eingreifen, so daß bei Verdrehen der Einstellschraube 12 nur eine Verschiebebewegung der Halterung 17, 20 in Längsrichtung erfolgt. Eine Kappe 10 ist über den Deckel 15 gestülpt und mittels Schrauben 9, 16 am Gehäuse 8 befestigt, so daß ein unbeabsichtigtes Lösen des Deckels 15 oder ein unbeabsichtigtes Verstellen der Einstellschrauben 12, 13 ausgeschlossen ist.
  • Auf der dem Federraum 21 abgewandten Seite einer das Gehäuse 8 unterteilenden Wand 23 ist ein Wegaufnehmer 22, der z.B. als Schiebepotentiometer ausgebildet sein kann, befestigt. Der Wegaufnehmer 22 weist ein Stellglied 24, 26 auf, welches einen sich durch eine in der Wand 23 vorgesehene Ausnehmung in Richtung auf die Zugfeder 29 zu erstreckenden Vorsprung 26 besitzt. Der Vorsprung 26 liegt an einer Windung der Zugfeder 29 an und wird mittels einer relativ schwachen Druckfeder 25, die sich am Gehäuse des Wegaufnehmers 22 abstützt und das Stellglied 24, 26 in Spannrichtung der Zugfeder 29 beaufschlagt, an der Windung gehalten.
  • Das Gehäuse 8 wird von einem Deckel 27 verschlossen. Es ist eine nicht dargestellte Auswerte- und Regelschaltung vorgesehen, die einerseits über eine Kabelführung 19 mit dem Wegaufnehmer 22 und andererseits mit einer nicht dargestellten Magnetventileinrichtung zum Be- und Entlüften des Zylinders elektrisch verbunden ist.
  • Um das Eindringen von Feuchtigkeit und Schmutz in den Federraum und in das Gehäuse 8 zu verhindern, ist an dem freien Ende des rohrförmigen Fortsatzes 28 des Gehäuses 8 ein Abstreifring 30 angeordnet, welcher am Rohr 31 anliegt.
  • Die Funktion der im Vorstehenden beschriebenen Einrichtung wird nachfolgend näher erläutert.
  • Es wird angenommen, daß die Kolbenstange 36 zur Hälfte aus dem Arbeitszylinder ausgefahren werden soll und der mit dem Wegaufnehmer 22 verbundene Regler der Auswerte-und Regelschaltung auf den entsprechenden Soll-Wert eingestellt wird. Über die Magnetventileinrichtung gelangt Druckmittel in die rechte Arbeitskammer des Arbeitszylinders und verschiebt den Arbeitskolben nach links. Die Kolbenstange 36 fährt aus dem Arbeitszylinder aus. Die einerseits an der Halterung 17, 20 und andererseits an dem mit der Kolbenstange 36 verbundenen Mitnehmer 35 befestigte Zugfeder 29 wird bei diesem Vorgang gespannt.
  • Der gesamte Federweg der Zugfeder 29 ist gleich dem von der Kolbenstange 36 zurückgelegten Weg. Da das Stellglied 24, 26 des Wegaufnehmers 22 seinen Abgriff jedoch nicht an dem kolbenstangenseitigen Ende der Zugfeder 29 hat sondern der Abgriff an einer Windung nahe der Halterung 17, 20 erfolgt, legt das Stellglied 24, 26 einen Weg zurück, der gleich dem reduzierten Federweg der Zugfeder 29 ist. D.H., der vom Stellglied 26, 24 zurückgelegte Weg ist gegenüber dem von der Kolbenstange 36 zurückgelegten Weg untersetzt. Vom Wegaufnehmer 22 wird auf die Auswerte- und Regelschaltung eine Spannung gegeben, deren Größe den vom Stellglied 24, 26 zurückgelegten, gegenüber dem Kolbenstangenweg reduzierten und dem Kolbenstangenweg proportionalen Weg darstellt. Dieser Ist-Wert wird mit dem Soll-Wert verglichen. Hat die Kolbenstange 36 die gewünschte Position erreicht, so sperrt die Magnetventileinrichtung die Arbeitskammer des Arbeitszylinders gegen die Druckmittelquelle ab.
  • Je nach Einstellung des Reglers der Auswerte- und Regelschaltung läßt sich so jede beliebige Kolbenstellung ermitteln bzw. vorbestimmen.
  • Zur Untersetzung des vom Wegaufnehmer aufzunehmenden, gegenüber dem Kolbenstangenweg reduzierten Weges kann selbstverständlich anstelle einer Zugfeder jedes andere beliebige elastische Element genommen werden.
  • Die Anwendung der im vorstehenden beschriebenen Einrichtung ist nicht an das Ausführungsbeispiel gebunden sondern läßt sich überall dort einsetzen, wo die Lage von zwei relativ zueinander bewegbaren Teilen ermittelt bzw. vorbestimmt werden soll.
  • Als elastisches Element kann z.B. die schon vorhandene Feder in einseitig mit Druckmittel beaufschlagbaren Arbeitszylindern oder bei Ventilen die Ventilfeder genommen werden.
  • Es ist auch möglich, den Wegaufnehmer auf einem ersten Teilstück des elastischen Elementes anzuordnen und das Stellglied des Wegaufnehmers an einem zweiten Teilstück des elastischen Elementes zu befestigen.

Claims (9)

1. Einrichtung zur Erfassung der relativ zu einem ersten Punkt veränderbaren Position eines zweiten Punktes mit einem Wegaufnehmer, dessen Stellgliedhub kleiner ist als der aufzunehmende Weg des zweiten Punktes, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
a) es ist ein elastisches Element vorgesehen, welches mit seinem einen Ende am ersten Teil, welches dem ersten Punkt zugeordnet ist, und mit seinem anderen Ende am zweiten Teil, welches dem zweiten Punkt zugeordnet ist, befestigt ist;
b) das Stellglied des Wegaufnehmers ist mit einem zwischen den Befestigungspunkten des elastischen Elementes liegenden Teilstück des elastischen Elementes verbunden oder verbindbar.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wegaufnehmer am ersten Teil befestigt ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wegaufnehmer am zweiten Teil befestigt ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wegaufnehmer auf einem weiteren Teilstück des elastischen Elementes befestigt ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element als Zugfeder (29) ausgebildet ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wegaufnehmer (22) als Potentiometer ausgebildet ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 1 für einen druckmittelbetätigbaren Arbeitszylinder mit einem Arbeitskolben, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem einen Ende des elastischen Elementes (29) verbundene erste Teil der Zylinder und das mit dem anderen Ende des elastischen Elementes verbundene Teil der Arbeitskolben oder/und eine mit dem Arbeitskolben verbundene Kolbenstange (36) ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element (29) und der Wegaufnehmer (22) im Zylindergehäuse angeordnet sind.
9. Einrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
a) am Zylinderboden ist in einem Gehäuse (8) eine Halterung (17,20) für das eine Ende des elastischen Elementes (29) angeordnet;
b) das Gehäuse (8) für die Halterung (17,20) weist einen sich parallel zur Zylinderlängsachse in Richtung auf das Kolbenstangenende zu erstreckenden rohrförmigen Fortsatz (28) auf;
c) am freien Endbereich der Kolbenstange (36) ist ein Mitnehmer (35) befestigt;
d) der Mitnehmer (35) weist an seinem freien Ende ein Rohr (31) auf, das sich parallel zur Zylinderlängsachse in Richtung auf das Gehäuse (8) zu erstreckt und teleskopartig im rohrförmigen Fortsatz (28) des Gehäuses (8) geführt wird;
e) das elastische Element (29) ist einerseits an der Halterung (17,20) im Gehäuse (8) und andererseits an dem mit der Kolbenstange (36) verbundenen Mitnehmer (35) befestigt;
f) das elastische Element (29) wird vom rohrförmigen Fortsatz (28) und vom Rohr (31) umschlossen;
g) der Wegaufnehmer (22) ist im Gehäuse (8) angeordnet;
h) das bewegliche Teil (24,26) des Wegaufnehmers (22) steht mit dem elastischen Element (29) in Wirkverbindung.
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