EP0775835B1 - Positionserfassungsvorrichtung - Google Patents

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EP0775835B1
EP0775835B1 EP96113214A EP96113214A EP0775835B1 EP 0775835 B1 EP0775835 B1 EP 0775835B1 EP 96113214 A EP96113214 A EP 96113214A EP 96113214 A EP96113214 A EP 96113214A EP 0775835 B1 EP0775835 B1 EP 0775835B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor
position detection
detection device
signal line
signal
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP96113214A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP0775835A2 (de
EP0775835A3 (de
Inventor
Kurt Dr. Stoll
Michael Streck
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Festo SE and Co KG
Original Assignee
Festo SE and Co KG
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Publication date
Application filed by Festo SE and Co KG filed Critical Festo SE and Co KG
Publication of EP0775835A2 publication Critical patent/EP0775835A2/de
Publication of EP0775835A3 publication Critical patent/EP0775835A3/de
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Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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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
    • F15B15/2807—Position switches, i.e. means for sensing of discrete positions only, e.g. limit switches
    • 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
    • F15B15/2815—Position sensing, i.e. means for continuous measurement of position, e.g. LVDT
    • F15B15/2853—Position sensing, i.e. means for continuous measurement of position, e.g. LVDT using potentiometers
    • 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
    • F15B15/2815—Position sensing, i.e. means for continuous measurement of position, e.g. LVDT
    • F15B15/2861—Position sensing, i.e. means for continuous measurement of position, e.g. LVDT using magnetic means

Definitions

  • the invention relates to a position detection device for the detection of several relative positions between two components movable relative to each other, with one on the one of the two components specified or definable Sensor device having a signal conductor arrangement with at least one connected to an evaluation device Signal conductor and at least two in working positions different longitudinal positions of the signal conductor arrangement positionable and in the working positions each with at least one signal conductor of the signal conductor arrangement contacted sensor units containing a sensor having.
  • a position detection device of this type runs out DE 39 23 063 C2. It comprises a signal conductor arrangement with a plurality of trained as conductor tracks Signal conductors on the circumference of the housing Working cylinders are arranged. With so-called reed switches equipped sensor units are infinitely variable different working positions along the signal conductor arrangement positionable, each with two Signal conductors are contacted that lead to an evaluation device to lead. When actuating a sensor, for example by one arranged on the piston of the working cylinder Actuator, a circuit is closed, so that a sensor signal arises that is suitable for can use other control processes.
  • the known sensor device is still something complex than when using a larger number of Sensors a correspondingly large number of signal conductors is required. This in turn results in a big one Number of plug connections in the signal conductor course for Evaluation device in which functional impairments occur over time may occur.
  • DE 32 40 351 A1 already proposed a variety of Sensors with a series connection of resistors too combine so that a resistance chain results and based on the measured resistance to the excited sensor and thus the relative position of the moving components is closed can be.
  • this position detection device is, however, the working position of the individual Sensors cannot be changed.
  • a specially designed sensor device is required. Additional sensors are required for more The sensor device must query relative positions be replaced by a correspondingly adapted one.
  • a signal conductor is sufficient because the feedback the sensor signals can take place via the component itself.
  • the Signal conductor arrangement with several, in particular with exactly to provide two signal conductors, several at the same time Sensor units are assigned.
  • a respective coding device is preferred as a resistance device trained who when actuating the associated Sensor has a certain electrical resistance causes, which is from the connected evaluation device can be evaluated as a coding signal.
  • a respective sensor can be used as a reed switch or other magnetic field sensitive element to which an ohmic resistor is connected in series , the ohmic resistances of the different Sensor units are different. Depending on excited sensor thus results in a very specific one electrical resistance, for example, over the Record the current intensity in the evaluation device lets and serves as a coding signal that the correct assignment Identification of the assigned actuated Sensor enables.
  • the signal conductors and the sensor units are expedient housed in a protective housing that damage and contamination of the sensitive Parts prevented. It expediently consists of electrical insulating material so that it is without special Isolation precautions on one of the relative to each other can determine moving components.
  • the protective housing expediently via a seal, removable lid, which is at least approximately over the extends the entire length of the protective housing and the interior of the housing easily accessible when removed.
  • the position detection device is very suitable for use in connection with all types of linear drives, especially with fluid-operated working cylinders, too such rodless type, the simple structure also makes retrofitting possible.
  • a linear drive 1 in the form of a fluid operated cylinder, especially one Pneumatic cylinder. It has a housing 2 in which a Piston 3 is arranged axially movable, the drive in a manner known per se via unspecified Pressure medium connections are made with the piston 3 communicate containing cylinder space. On the piston 3 a piston rod 4 is arranged which emerges from the housing 2 protrudes.
  • a valve device 5 is located directly on the housing 2 attached, via which the pressurization of the piston 3 and thereby its as well as the linear movement of the piston rod 4 is caused as required.
  • A likewise attached to the linear drive 1, according to the example control electronics fixed to the valve device 5 6 controls the operation of the valve device 5. It can contain its own control program however, expediently via a connecting cable 10 a higher-level control device connected, the the operation of several linear drives 1 and other components can coordinate.
  • the linear drive 1 is with a position detection device 7 equipped. It enables the acquisition of certain Relative positions between the housing 2 and the Piston 3. It includes one in the embodiment outside on the housing 2 of the linear drive 1 fixed sensor device 8 and an electronic connected to it Evaluation device 12. The latter communicates via a Connection cable 11 with the control electronics 6.
  • the sensor device 8 of the embodiment includes a protective housing 13 which in the stroke range of the piston 3rd is releasably attached to the outside of the housing 2. It has Longitudinal extension and is parallel to the longitudinal axis 14 of the Housing 2 aligned. For an exactly parallel alignment is to be made possible on a lower housing part 15 the protective housing 13 a rib-like raised, longitudinal mounting rail 16 is provided. It engages positively in an open on the long side Fastening groove 17 on the outer circumference of the housing 2.
  • the exemplary fastening groove 17 is in the manner of a T-groove trained and the mounting rail on the front inserted.
  • the interlocking sections prevent the protective housing 13 from being removed by the Groove neck 18 of the fastening groove 17 therethrough.
  • the protective housing 13 is completed by a Housing cover 22, which in the assembled state has a longitudinal, the housing opening 23 facing radially away from the housing 2 closes, with the housing cover 22 removed a sensor receiving space formed inside the protective housing 13 24 is accessible.
  • the protective housing 13 has expediently strip-shaped Shape with box-like structure.
  • the front openings are closed by end elements 25, 25 '. over the one, for example the front end element 25, the protective housing 13 is fixed at one end to the Housing 2 of the linear drive 1 connected, one in individual slot nut connection 26, not shown can be used on which the mounting groove 17th is involved.
  • End element 25 ' only forms an intermediate wall which is a block-like in the exemplary embodiment Evaluation device 12 having a housing connects.
  • the latter is with fastening screws 27 the protective housing 13 screwed on the end face, the plate-like end element 25 'clamped between them is.
  • Comparable fastening screws 27 are used Fixation of the front end element 25 on Protective housing 13.
  • evaluation device 12 directly to the protective housing 13 it can be used as a closing element act so that there is an additional intermediate Part 25 'superfluous.
  • the housing cover 22 expediently in the context of a detachable snap connection 32 fixed to the lower housing part 15.
  • To be a tight one To create the connection are in the sensor receiving space 24 in the lower housing part 15 along two sealing strips 33 used in the area of the housing opening 23 above one another facing flexible sealing lips 34 which of bear against the fitted housing cover 22 on the inside.
  • the sealing lips stand 34 according to the dash-dotted representation 31 a bit out of the housing opening 23, so that they when put on of the housing cover 22 is bent inwards by the latter and due to their rubber elasticity fixed housing cover 22 against a certain pressure the inside of which are pressed.
  • One of several signal conductors is in the sensor receiving space 24 35 existing signal conductor arrangement and one A plurality of sensor units 38 are added.
  • the signal conductors 35 are preferably in the form of conductor tracks designed. In the embodiment, they are over one Part of their circumference electrically isolated into one of the two sealing strips 33 of the sensor device 8 embedded and fixed. Your not covered, according to the example slightly raised above the sealing strips 33 more outstanding Contact section 37 extends over the entire length of the protective housing 13 or the length of the im Operation of possible stroke of the piston 3 of the linear drive 1.
  • the signal conductors 35 are expedient around metal wires.
  • the sensor units 38 already mentioned have one 3 and 4 clearly visible holder 42. about this Holders 42 are longitudinally displaceable on the protective housing 13 stored and releasably clampable in any longitudinal position.
  • the holder 42 is in one piece in particular molded bearing base 43 longitudinally displaceable in one formed at the bottom of the sensor chamber 24, longitudinal Fastening recess 44 is longitudinally displaceable led recorded.
  • the fastening recess 44 protrudes expediently in the mounting rail 16 of the Protective housing 13 and thus comes within Mounting groove 17 relatively close to the peripheral area of the Piston 3 receiving cylinder space 9 to lie.
  • One on the fastening device 45 provided to the holder 42 enables in any, hereinafter as a working position designated longitudinal position of the sensor unit 38 a housing-fixed fixation. It works in the embodiment with the mounting recess 44 together and has a sliding block 46 running in it, of a with the housing cover 22 removed externally accessible clamping screw 47 with the walls of the Fastening recess 44 can clamp.
  • a respective sensor unit 38 has a sensor 48, which expediently as a magnetic field sensitive Element is formed and in the case of Embodiment around a so-called reed switch acts.
  • the sensor 48 is actuated when it is in the Influence of a magnetic field.
  • This magnetic field comes from in the embodiment of a permanent magnet 49, which is firmly connected to the piston 3.
  • a relatively weak permanent magnet 49 is sufficient, because the sensor 48 in the bearing base 43 of the holder 42 and thus in the immediate vicinity of the cylinder space 9 or of the permanent magnet fixed on the piston 3 49 is placed.
  • the housing 2 of the linear drive 1 suitably consists of non-ferromagnetic Material in order not to negatively influence the magnetic field.
  • the two signal conductors present in the exemplary embodiment 35 are effectively all existing at the same time Associated sensor units 38, the embodiment over four axially consecutively arranged Sensor units 38 has. Every sensor unit 38 has two contact elements 53, each with one of the two signal conductors 35 in electrical Contact is established. In operation of the linear drive 1 in the course of a stroke, the sensors 48 of the existing ones Sensor units 38 actuated one after the other. Since the two sensor connections 54 each with one of the two Contact elements 53 are connected, each includes actuated sensor 48 a circuit with the evaluation device 12, resulting in a sensor signal that can be used connected facilities to operate, for example the associated valve device 5.
  • each sensor unit 38 is equipped with a coding device 55 which at Actuation of the assigned sensor for this sensor characteristic coding signal, based on the evaluation device 12 recognize the actuated sensor 48 can.
  • the coding devices 55 exist in the exemplary embodiment from resistance devices 56, which at least one electrical Resistance element included. Like the schematic 5 shows the circuit diagram Resistor device 56 preferably in series with the associated one Sensor 48 switched. Any resistance device 56 has a certain electrical resistance, where the electrical resistances of the different Differentiate resistance devices 56 from each other. The Resistance values are stored in the evaluation device 12.
  • the electrical one Resistance infinite because of the two signal conductors 35 are not connected. However, it becomes one of the sensors 48 actuated, results from the assigned sensor unit 38 an electrical connection between the two Signal conductors 35, the electrical resistance of the associated Resistance device 56 effective and from the Evaluation device 12 is detected.
  • the stored resistance values are unequivocal Assignment of the sensor signal to the excited sensor 48 possible. The one generated when a respective sensor is actuated electrical resistance thus forms practical the coding signal for the evaluation device 12 for identification of the excited sensor 48.
  • Resistance device 56 of a respective sensor unit 38 to connect the associated sensor 48 in parallel.
  • the result is with unactuated sensors Parallel resistance of all resistance devices 56 at. If one of the sensors is then activated, calls this also shows a certain resistance value, that can be used for identification.
  • the evaluation device generates as a function of the excited sensor 48 12 specific control signals for subordinate Devices, for example for the valve device 5.
  • the control signals can, however the possibly associated control electronics 6 first the higher-level coordination control.
  • the outgoing control signals 57 may be in the frame as needed a parallel, but preferably within a serial data bus are passed on.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Positionserfassungsvorrichtung zur Erfassung mehrerer Relativpositionen zwischen zwei relativ zueinander bewegbaren Bauteilen, mit einer an dem einen der beiden Bauteile festgelegten oder festlegbaren Sensoreinrichtung, die eine Signalleiteranordnung mit mindestens einem mit einer Auswerteeinrichtung verbundenen Signalleiter und wenigstens zwei in Arbeitsstellungen an unterschiedlichen Längspositionen der Signalleiteranordnung positionierbare und in den Arbeitsstellungen jeweils mit mindestens einem Signalleiter der Signalleiteranordnung kontaktierte, einen Sensor enthaltende Sensoreinheiten aufweist.
Eine Positionserfassungsvorrichtung dieser Art geht aus der DE 39 23 063 C2 hervor. Sie umfaßt eine Signalleiteranordnung mit einer Mehrzahl von als Leiterbahnen ausgebildeten Signalleitern, die am Umfang des Gehäuses eines Arbeitszylinders angeordnet sind. Mit sogenannten Reed-Schaltern ausgestattete Sensoreinheiten sind stufenlos in unterschiedlichen Arbeitsstellungen längs der Signalleiteranordnung positionierbar, wobei sie jeweils mit zwei Signalleitern kontaktiert sind, die zu einer Auswerteeinrichtung führen. Bei Betätigung eines Sensors, beispielsweise durch ein am Kolben des Arbeitszylinders angeordnetes Betätigungselement, wird ein Stromkreis geschlossen, so daß ein Sensorsignal entsteht, das sich für weitere Steuerungsvorgänge verwenden läßt.
Die bekannte Sensoreinrichtung ist insofern noch etwas aufwendig, als bei Verwendung einer größeren Anzahl von Sensoren eine entsprechend große Anzahl von Signalleitern erforderlich ist. Daraus resultiert wiederum eine große Anzahl von Steckverbindungen im Signalleiterverlauf zur Auswerteeinrichtung, bei denen mit der Zeit Funktionsbeeinträchtigungen auftreten können.
Zur Reduzierung des Verkabelungsaufwandes wurde in der DE 32 40 351 A1 bereits vorgeschlagen, eine Vielzahl von Sensoren mit einer Reihenschaltung von Widerständen zu kombinieren, so daß sich eine Widerstandskette ergibt und anhand des gemessenen Widerstandes auf den erregten Sensor und somit die Relativposition der bewegten Bauteile geschlossen werden kann. Bei dieser Positionserfassungsvorrichtung ist allerdings die Arbeitsstellung der einzelnen Sensoren nicht veränderbar. Für jeden Einsatzzweck bedarf es einer speziell ausgelegten Sensoreinrichtung. Werden zusätzliche Sensoren benötigt, um weitere Relativpositionen abzufragen, muß die Sensoreinrichtung durch eine entsprechend angepaßte ersetzt werden.
Eine Reduzierung des Verkabelungsanfwandes wird auch in der DE 41 37 586A geschaffen, die alle Merkmale des Oberbegriffs der Anspruchs 1 zeigt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Positionserfassungsvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei reduzierter Anzahl der erforderlichen Signalleiter den Betrieb mit einer variablen Anzahl von Sensoren ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß mehrere Sensoreinheiten gleichzeitig wenigstens einem Signalleiter der Signalleiteranordnung derart gemeinsam zugeordnet sind, daß zur übertragung der bei Betätigung eines Sensors dieser Sensoreinheiten entstehenden Sensorsignale zur Auswerteeinrichtung jeweils die gleichen Signalleiter genutzt werden, und daß jede dieser mehreren Sensoreinheiten mit einer Codiereinrichtung ausgestattet ist, die bei Betätigung des zugeordneten Sensors ein für diesen charakteristisches Codiersignal hervorruft, anhand dessen die Auswerteeinrichtung den betätigten Sensor erkennt.
Auf diese Weise besteht weiterhin die Möglichkeit, Sensorsignale über fest installierte Signalleiter an die Auswerteelektronik zu übertragen und auf einzelne Kabelverbindungen zu verzichten. Darüber hinaus läßt sich eine variable Anzahl von Sensoren mit einer nur geringen Anzahl von Signalleitern anschließen. Die vorhandenen Signalleiter werden zur Übertragung der Sensorsignale mehrerer Sensoreinheiten verwendet, so daß die Hinzufügung einer weiteren Sensoreinheit keine Änderung an der Signalleiteranordnung bedingt. Zur Identifikation des jeweils betätigten Sensors verfügt jede Sensoreinheit über eine Codiereinrichtung, die bei Betätigung des Sensors ein charakteristisches Codiersignal hervorruft, das die Auswerteeinrichtung auswerten und somit auf den betätigten Sensor schließen kann. Da jeder Sensoreinheit ihre eigene Codiereinrichtung zugeordnet ist, ist das System sehr flexibel und kann, bei entsprechender Auslegung der Auswerteeinrichtung, mit einer beliebigen Anzahl von Sensoren ausgerüstet werden, die sich darüber hinaus variabel längs der in der Regel linear verlaufenden Signalleiteranordnung positionieren läßt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Besteht das mit der Sensoreinrichtung bestückte Bauteil wenigstens teilweise aus elektrisch leitendem Material, genügt prinzipiell ein Signalleiter, da die Rückführung der Sensorsignale über das Bauteil selbst erfolgen kann. Nicht immer ist jedoch gewünscht oder zulässig, das Bauteil selbst zur Signalübertragung heranzuziehen. Aus diesem Grunde und auch zur Verbesserung der Funktionssicherheit wird daher als empfehlenswert angesehen, die Signalleiteranordnung mit mehreren, insbesondere mit genau zwei Signalleitern zu versehen, die gleichzeitig mehreren Sensoreinheiten zugeordnet sind.
Bevorzugt ist eine jeweilige Codiereinrichtung als Widerstandseinrichtung ausgebildet, die bei Betätigung des zugeordneten Sensors einen bestimmten elektrischen Widerstand hervorruft, der sich von der angeschlossenen Auswerteeinrichtung als Codiersignal auswerten läßt. Beispielsweise kann ein jeweiliger Sensor als Reed-Schalter oder sonstiges magnetfeldempfindliches Element ausgebildet sein, dem ein Ohmscher Widerstand in Reihe geschaltet wird, wobei die Ohmschen Widerstände der verschiedenen Sensoreinheiten unterschiedlich sind. In Abhängigkeit vom erregten Sensor ergibt sich somit ein ganz bestimmter elektrischer Widerstand, der sich beispielsweise über die Messung der Stromstärke in der Auswerteeinrichtung erfassen läßt und als Codiersignal dient, das die zuordnungsrichtige Identifikation des zugeordneten betätigten Sensors ermöglicht.
Die Signalleiter und die Sensoreinheiten sind zweckmäßigerweise in einem Schutzgehäuse untergebracht, das eine Beschädigung und Verschmutzung der empfindlichen Teile verhindert. Es besteht zweckmäßigerweise aus elektrisch isolierendem Material, so daß es ohne besondere Isoliervorkehrungen an dem einen der sich relativ zueinander bewegenden Bauteile festlegen läßt.
Um die Arbeitsstellungen der Sensoreinheiten nach Bedarf einstellen zu können, verfügt das Schutzgehäuse zweckmäßigerweise über einen unter Abdichtung aufgesetzten, abnehmbaren Deckel, der sich zumindest annähernd über die gesamte Schutzgehäuselänge erstreckt und das GehäuseInnere im abgenommenen Zustand gut zugänglich macht.
Die Positionserfassungsvorrichtung eignet sich sehr gut zum Einsatz im Zusammenhang mit Linearantrieben aller Art, insbesondere bei fluidbetätigten Arbeitszylindern, auch solchen kolbenstangenloser Art, wobei der einfache Aufbau auch Nachrüstungen möglich macht.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
Fig. 1
einen als fluidbetätigter Arbeitszylinder ausgebildeten Linearantrieb, der mit einer Positionserfassungsvorrichtung der erfindungsgemäßen Bauart ausgestattet ist,
Fig. 2
die Positionserfassungsvorrichtung gemäß Fig. 1 in vergrößerter Explosionsdarstellung,
Fig. 3
einen Querschnitt durch die Positionserfassungsvorrichtung gemäß Schnittlinie III-III aus Fig. 2 und 4,
Fig. 4
einen Ausschnitt der Positionserfassungsvorrichtung im Längsschnitt gemäß Schnittlinie IV-IV aus Fig. 3 und
Fig. 5
einen bevorzugten Schaltungsaufbau der Positionserfassungsvorrichtung in schematischer Darstellungsweise.
Die Fig. 1 zeigt einen Linearantrieb 1 in Gestalt eines fluidbetätigten Arbeitszylinders, insbesondere eines Pneumatikzylinders. Er besitzt ein Gehäuse 2, in dem ein Kolben 3 axial bewegbar angeordnet ist, wobei der Antrieb in an sich bekannter Weise über nicht näher dargestellte Druckmittelanschlüsse erfolgt, die mit dem den Kolben 3 enthaltenden Zylinderraum kommunizieren. An dem Kolben 3 ist eine Kolbenstange 4 angeordnet, die aus dem Gehäuse 2 herausragt.
Unmittelbar an das Gehäuse 2 ist eine Ventileinrichtung 5 angesetzt, über die die Druckbeaufschlagung des Kolbens 3 und dadurch dessen sowie die Linearbewegung der Kolbenstange 4 bedarfsgemäß hervorgerufen wird.
Eine ebenfalls an den Linearantrieb 1 angesetzte, beispielsgemäß an der Ventileinrichtung 5 festgelegte Steuerelektronik 6 steuert die Betriebsweise der Ventileinrichtung 5. Sie kann ein eigenes Steuerprogramm enthalten, ist jedoch zweckmäßigerweise über ein Verbindungskabel 10 an eine übergeordnete Steuereinrichtung angeschlossen, die den Betrieb mehrerer Linearantriebe 1 und sonstige Komponenten koordinieren kann.
Der Linearantrieb 1 ist mit einer Positionserfassungsvorrichtung 7 ausgestattet. Sie ermöglicht die Erfassung bestimmter Relativpositionen zwischen dem Gehäuse 2 und dem Kolben 3. Sie umfaßt eine beim Ausführungsbeispiel außen am Gehäuse 2 des Linearantriebes 1 festgelegte Sensoreinrichtung 8 und eine daran angeschlossene elektronische Auswerteeinrichtung 12. Letztere kommuniziert über ein Verbindungskabel 11 mit der Steuerelektronik 6.
Die Sensoreinrichtung 8 des Ausführungsbeispiels umfaßt ein Schutzgehäuse 13, das im Hubbereich des Kolbens 3 außen an dem Gehäuse 2 lösbar festgelegt ist. Es hat Längserstreckung und ist parallel zur Längsachse 14 des Gehäuses 2 ausgerichtet. Um eine exakt parallele Ausrichtung zu ermöglichen, ist an einem Gehäuse-Unterteil 15 des Schutzgehäuses 13 eine rippenartig erhaben ausgebildete, längsverlaufende Befestigungsschiene 16 vorgesehen. Sie greift formschlüssig in eine längsseits offene Befestigungsnut 17 am Außenumfang des Gehäuses 2 ein. Die beispielsgemäße Befestigungsnut 17 ist nach Art einer T-Nut ausgebildet und die Befestigungsschiene stirnseitig eingeschoben. Die einander hintergreifenden Abschnitte verhindern ein Abnehmen des Schutzgehäuses 13 durch den Nuthals 18 der Befestigungsnut 17 hindurch.
Das Schutzgehäuse 13 wird vervollständigt durch einen Gehäusedeckel 22, der im montierten Zustand eine längsseitige, dem Gehäuse 2 radial abgewandte Gehäuseöffnung 23 verschließt, über die bei abgenommenem Gehäusedeckel 22 ein im Innern des Schutzgehäuses 13 ausgebildeter Sensoraufnahmeraum 24 zugänglich ist.
Das Schutzgehäuse 13 hat zweckmäßigerweise leistenförmige Gestalt mit kastenförmigem Aufbau. Die stirnseitigen öffnungen sind durch Abschlußelemente 25, 25' verschlossen. über das eine, beispielsgemäß das vordere Abschlußelement 25, ist das Schutzgehäuse 13 einenends fest mit dem Gehäuse 2 des Linearantriebes 1 verbunden, wobei eine im einzelnen nicht näher dargestellte Nutensteinverbindung 26 zur Anwendung kommen kann, an der die Befestigungsnut 17 beteiligt ist.
Das entgegengesetzte, beim Ausführungsbeispiel rückseitige Abschlußelement 25' bildet lediglich eine Zwischenwand, an die sich die beim Ausführungsbeispiel ein blockähnliches Gehäuse aufweisende Auswerteeinrichtung 12 anschließt. Letztere ist über Befestigungsschrauben 27 mit dem Schutzgehäuse 13 stirnseitig verschraubt, wobei das plattenähnliche Abschlußelement 25' dazwischen eingespannt ist. Vergleichbare Befestigungsschrauben 27 dienen zur Fixierung des vorderseitigen Abschlußelements 25 am Schutzgehäuse 13. Indem auch die Auswerteeinrichtung 12 beispielsweise über eine Nutensteinverbindung 26' am Gehäuse 2 des Linearantriebes 1 festgelegt ist, ergibt sich eine sichere, gehäusefeste Fixierung der Sensoreinrichtung 8, die hier mit der Auswerteeinrichtung 12 praktisch eine Baueinheit bildet.
Wenn die Auswerteeinrichtung 12 unmittelbar an das Schutzgehäuse 13 angesetzt ist, kann sie als Abschlußelement fungieren, so daß sich ein zusätzliches zwischengefügtes Teil 25' erübrigt.
Um ein Eindringen von Schmutz in den Sensoraufnahmeraum 24 zu verhindern, sind an den beiden Abschlußelementen 25, 25' Axialvorsprünge 28 vorgesehen, die, eventuell mit Dichtungen versehen, stirnseitig in den Sensoraufnahmeraum 24 eingreifen und zweckmäßigerweise auch eine Zentrierung zwischen den Abschlußelementen 25, 25' und dem Schutzgehäuse 13 bewirken.
Wie aus Fig. 3 näher hervorgeht, ist der Gehäusedeckel 22 zweckmäßigerweise im Rahmen einer lösbaren Rastverbindung 32 am Gehäuse-Unterteil 15 festgelegt. Um eine dichte Verbindung zu schaffen, sind in den Sensoraufnahmeraum 24 im Gehäuse-Unterteil 15 längsseits zwei Dichtleisten 33 eingesetzt, die im Bereich der Gehäuseöffnung 23 über einander zugewandte flexible Dichtlippen 34 verfügen, die von innen gegen den aufgesetzten Gehäusedeckel 22 anliegen. Bei abgenommenem Gehäusedeckel 22 stehen die Dichtlippen 34 gemäß strichpunktierter Darstellung 31 ein Stück weit aus der Gehäuseöffnung 23 hervor, so daß sie beim Aufsetzen des Gehäusedeckels 22 von diesem nach innen umgebogen werden und auf Grund ihrer Gummielastizität bei fixiertem Gehäusedeckel 22 mit einem gewissen Druck gegen dessen Innenseite angepreßt werden.
In dem Sensoraufnahmeraum 24 ist eine aus mehreren Signalleitern 35 bestehende Signalleiteranordnung und eine Mehrzahl von Sensoreinheiten 38 aufgenommen. Beispielsgemäß sind genau zwei Signalleiter 35 vorhanden, die mit Abstand parallel zueinander angeordnet sind und parallel zur Längsachse 14 des Linearantriebes 1 verlaufen. Sie erstrecken sich in Längsrichtung des Schutzgehäuses 13, wobei sie am vorderen Gehäuseende frei enden, während sie am rückwärtigen Gehäuseende im Rahmen einer Steckverbindungseinrichtung 36 elektrisch an die Auswerteeinrichtung 12 angeschlossen sind.
Die Signalleiter 35 sind vorzugsweise als Leiterbahnen konzipiert. Beim Ausführungsbeispiel sind sie über einen Teil ihres Umfanges elektrisch isoliert in jeweils eine der beiden Dichtleisten 33 der Sensoreinrichtung 8 eingebettet und fixiert. Ihr nicht bedeckter, beispielsgemäß leicht erhaben über die Dichtleisten 33 herausragender Kontaktabschnitt 37 erstreckt sich über die gesamte Länge des Schutzgehäuses 13 beziehungsweise die Länge des im Betrieb möglichen Hubes des Kolbens 3 des Linearantriebes 1. Bei den Signalleitern 35 handelt es sich zweckmäßigerweise um Metalldrähte.
Die schon erwähnten Sensoreinheiten 38 verfügen über einen aus Fig. 3 und 4 gut ersichtlichen Halter 42. über diesen Halter 42 sind sie an dem Schutzgehäuse 13 längsverschieblich gelagert und in beliebiger Längsposition lösbar festklemmbar. Der Halter 42 ist über einen insbesondere einstückig angeformten Lagerfuß 43 längsverschieblich in einer am Grund des Sensorraumes 24 ausgebildeten, längsverlaufenden Befestigungsvertiefung 44 längsverschieblich geführt aufgenommen. Die Befestigungsvertiefung 44 ragt zweckmäßigerweise in die Befestigungsschiene 16 des Schutzgehäuses 13 hinein und kommt somit innerhalb der Befestigungsnut 17 relativ nahe dem Umfangsbereich des den Kolben 3 aufnehmenden Zylinderraumes 9 zu liegen. Eine an dem Halter 42 vorgesehene Befestigungseinrichtung 45 ermöglicht in jeder beliebigen, nachfolgend als Arbeitsstellung bezeichneten Längsposition der Sensoreinheit 38 eine gehäusefeste Fixierung. Sie arbeitet beim Ausführungsbeispiel mit der Befestigungsvertiefung 44 zusammen und verfügt über einen in dieser laufenden Nutenstein 46, der sich über eine bei abgenommenem Gehäusedeckel 22 von außen her zugänglichen Klemmschraube 47 mit den Wänden der Befestigungsvertiefung 44 verspannen läßt.
Eine jeweilige Sensoreinheit 38 verfügt über einen Sensor 48, der zweckmäßigerweise als magnetfeldempfindliches Element ausgebildet ist und bei dem es sich im Falle des Ausführungsbeispiels um einen sogenannten Reed-Schalter handelt. Der Sensor 48 wird betätigt, wenn er in den Einfluß eines Magnetfeldes gerät. Dieses Magnetfeld stammt beim Ausführungsbeispiel von einem Permanentmagneten 49, der fest mit dem Kolben 3 verbunden ist. Beim Ausführungsbeispiel genügt ein relativ schwacher Permanentmagnet 49, weil der Sensor 48 in dem Lagerfuß 43 des Halters 42 und somit in unmittelbarer Nähe des Zylinderraumes 9 beziehungsweise des am Kolben 3 festgelegten Permanentmagneten 49 plaziert ist. Das Gehäuse 2 des Linearantriebes 1 besteht zweckmäßigerweise aus nicht-ferromagnetischem Material, um das Magnetfeld nicht negativ zu beeinflussen.
Bei dergestalt berührungsloser Betätigung eines Sensors 48 gelangt ein Sensorsignal über die Signalleiter 35 zur Auswerteeinrichtung 12. Die Verbindung zwischen einer jeweiligen Sensoreinheit 38 und den Signalleitern 35 stellen Kontaktelemente 53 her, die an der Sensoreinheit 38 mit dieser bewegbar festgelegt sind und bei montierter Sensoreinheit 38 an den Kontaktabschnitten 37 der beiden Signalleiter 35 anliegen. Es handelt sich zweckmäßigerweise um federnde Kontaktelemente, die insbesondere als Schleifkontakte ausgebildet sind, so daß sie beim Verstellen einer Sensoreinheit 38 in Längsrichtung am jeweils zugeordneten Signalleiter 35 entlanggleiten.
Die beiden beim Ausführungsbeispiel vorhandenen Signalleiter 35 sind wirkungsmäßig gleichzeitig allen vorhandenen Sensoreinheiten 38 zugeordnet, wobei das Ausführungsbeispiel über vier axial aufeinanderfolgend angeordnete Sensoreinheiten 38 verfügt. Jede Sensoreinheit 38 verfügt über zwei Kontaktelemente 53, die jeweils mit dem einen der beiden Signalleiter 35 in elektrischer Kontaktverbindung stehen. Im Betrieb des Linearantriebes 1 werden im Laufe eines Hubes die Sensoren 48 der vorhandenen Sensoreinheiten 38 nacheinander betätigt. Da die beiden Sensoranschlüsse 54 jeweils mit einem der beiden Kontaktelemente 53 verbunden sind, schließt ein jeweils betätigter Sensor 48 einen Stromkreis mit der Auswerteeinrichtung 12, woraus ein Sensorsignal resultiert, das dazu verwendet werden kann, angeschlossene Einrichtungen zu betätigen, beispielsweise die zugeordnete Ventileinrichtung 5.
Indem den vorhandenen Sensoreinheiten 38 gleichzeitig die gleichen Signalleiter 35 zur Übertragung der Sensorsignale zugeordnet sind, ergibt sich ein geringer baulicher Aufwand. Eine beliebige Nachrüstung mit weiteren Sensoreinheiten 38 ist möglich, ohne an der Signalleiteranordnung irgend welche Änderungen vornehmen zu müssen. Auch die weiteren Sensoreinheiten 38 profitieren von der Mehrfachnutzung der vorhandenen Signalleiter 35.
Da alle Sensorsignale über die gleichen Signalleiter 35 laufen, sind weitere Maßnahmen getroffen, um eine Identifikation des jeweils betätigten Sensors 48 zu ermöglichen. Diese Maßnahmen bestehen darin, daß jede Sensoreinheit 38 mit einer Codiereinrichtung 55 ausgestattet ist, die bei Betätigung des zugeordneten Sensors ein für diesen Sensor charakteristisches Codiersignal hervorruft, anhand dessen die Auswerteeinrichtung 12 den betätigten Sensor 48 erkennen kann.
Die Codiereinrichtungen 55 bestehen beim Ausführungsbeispiel aus Widerstandseinrichtungen 56, die wenigstens ein elektrisches Widerstandselement enthalten. Wie die schematische Schaltungsdarstellung der Fig. 5 zeigt, ist die Widerstandseinrichtung 56 bevorzugt in Reihe mit dem zugeordneten Sensor 48 geschaltet. Jede Widerstandseinrichtung 56 besitzt einen bestimmten elektrischen Widerstand, wobei sich die elektrischen Widerstände der verschiedenen Widerstandseinrichtungen 56 voneinander unterscheiden. Die Widerstandswerte sind in der Auswerteeinrichtung 12 gespeichert.
Wenn keiner der Sensoren 48 erregt ist, beträgt der elektrische Widerstand unendlich, da die beiden Signalleiter 35 nicht verbunden sind. Wird hingegen einer der Sensoren 48 betätigt, so ergibt sich über die zugeordnete Sensoreinheit 38 eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Signalleitern 35, wobei der elektrische Widerstand der zugeordneten Widerstandseinrichtung 56 wirksam und von der Auswerteeinrichtung 12 erfaßt wird. Durch Vergleich mit den gespeicherten Widerstandswerten ist eine zweifelsfreie Zuordnung des Sensorsignals zu dem erregten Sensor 48 möglich. Der bei Betätigung eines jeweiligen Sensors hervorgerufene elektrische Widerstand bildet somit praktisch das Codiersignal für die Auswerteeinrichtung 12 zur Identifikation des erregten Sensors 48.
Anstelle einer Serienschaltung wäre es auch denkbar, die Widerstandseinrichtung 56 einer jeweiligen Sensoreinheit 38 dem zugeordneten Sensor 48 parallelzuschalten. In diesem Falle liegt bei unbetätigten Sensoren der resultierende Parallelwiderstand aller Widerstandseinrichtungen 56 an. Wird anschließend einer der Sensoren betätigt, ruft dies ebenfalls einen bestimmten Widerstandswert hervor, der zur Identifikation herangezogen werden kann.
In Abhängigkeit vom erregten Sensor 48 erzeugt die Auswerteeinrichtung 12 bestimmte Steuersignale für nachgeordnete Einrichtungen, beispielsweise für die Ventileinrichtung 5. Die Steuersignale können allerdings über die eventuell zugeordnete Steuerelektronik 6 zunächst an die übergeordnete Koordinationssteuerung gelangen. Die ausgehenden Steuersignale 57 können nach Bedarf im Rahmen eines parallelen, vorzugsweise jedoch im Rahmen eines seriellen Datenbusses weitergegeben werden.

Claims (13)

  1. Positionserfassungsvorrichtung (7) zur Erfassung mehrerer Relativpositionen zwischen zwei relativ zueinander bewegbaren Bauteilen (2, 3), mit einer an dem einen der beiden Bauteile (2) festgelegten oder festlegbaren Sensoreinrichtung (8), die eine Signalleiteranordnung mit mindestens einem mit einer Auswerteeinrichtung (12) verbundenen Signalleiter (35) und wenigstens zwei in Arbeitsstellungen an unterschiedlichen Längspositionen der Signalleiteranordnung positionierbare und in den Arbeitsstellungen jeweils mit mindestens einem Signalleiter (35) der Signalleiteranordnung kontaktierte, einen Sensor (48) enthaltende Sensoreinheiten (38) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Sensoreinheiten (38) gleichzeitig wenigstens einem Signalleiter (35), der Signalleiteranordnung derart gemeinsam signalleitend zugeordnet sind, daß zur übertragung der bei Betätigung eines Sensors (48) dieser Sensoreinheiten (38) entstehenden Sensorsignale zur Auswerteeinrichtung (12) jeweils die gleichen Signalleiter (35) genutzt werden, und daß jede dieser mehreren Sensoreinheiten (38) mit einer Codiereinrichtung (55) ausgestattet ist, die bei Betätigung des zugeordneten Sensors (48) ein für diesen charakteristisches Codiersignal hervorruft, anhand dessen die Auswerteeinrichtung (12) den betätigten Sensor (48) erkennt.
  2. Positionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalleiteranordnung mehrere parallel und im Abstand nebeneinander verlaufende Signalleiter (35) aufweist, die den Sensoreinheiten (38) zur Signalübertragung gemeinsam zugeordnet sind.
  3. Positionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalleiteranordnung ausschließlich zwei parallel und im Abstand nebeneinander verlaufende Signalleiter (35) aufweist, die den Sensoreinheiten (38) zur Signalübertragung gemeinsam zugeordnet sind.
  4. Positionserfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine jeweilige Codiereinrichtung (55) als Widerstandseinrichtung (56) ausgebildet ist, die bei Betätigung des zugeordneten Sensors (48) einen von der angeschlossenen Auswerteeinrichtung (12) als Codiersignal auswertbaren bestimmten elektrischen Widerstand hervorruft.
  5. Positionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandseinrichtung (56) mit dem zugeordneten Sensor (48) in Reihe geschaltet ist.
  6. Positionserfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein jeweiliger Sensor (48) als magnetfeldempfindliches Element, beispielsweise als sogenannter Reed-Schalter, ausgebildet ist.
  7. Positionserfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalleiter (35) der Signalleiteranordnung als Leiterbahnen ausgebildet sind, die über insbesondere als Schleifkontakte ausgebildete Kontaktelemente (53) einer jeweiligen Sensoreinheit (38) abgreifbar sind.
  8. Positionserfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung (8) ein Schutzgehäuse (13) umfaßt, das an dem einen der zwei Bauteile (2) festlegbar ist, und das die Signalleiteranordnung und die zugeordneten Sensoreinheiten (38) aufnimmt.
  9. Positionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgehäuse (13) eine Befestigungsschiene (16) aufweist, über die es in einer Befestigungsnut (17) des zugeordneten Bauteils (2) lösbar festlegbar ist.
  10. Positionserfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgehäuse (13) längsseits über einen zum Einstellen der Arbeitsstellung der Sensoreinheiten (38) abnehmbaren Gehäusedeckel (22) verfügt, der bei geschlossenem Schutzgehäuse (13) mit am Gehäuse-Unterteil (15) festgelegten Dichtlippen (34) zusammenarbeitet.
  11. Positionserfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinheiten (38) über einen Lagerfuß (43) verfügen, mit dem sie in einer nutartigen Befestigungsvertiefung (44) im Schutzgehäuse (13) fixiert sind, die zweckmäßigerweise in die Befestigungsschiene (16) hineinragt.
  12. Positionserfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung (8) und die Auswerteeinrichtung (12) eine fest miteinander verbundene Baueinheit bilden.
  13. Positionserfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den beiden relativ zueinander bewegbaren Bauteilen um das Gehäuse (2) und das Antriebsteil (3) eines insbesondere fluidbetätigten Linearantriebes (1) handelt, wobei die Sensoreinrichtung (8) zweckmäßigerweise am Außenumfang des Gehäuses (2) festgelegt ist und das Antriebsteil (3) einen Permanentmagneten (49) zur Sensorbetätigung aufweisen kann.
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