EP2049804B1

EP2049804B1 - Positionssensoreinrichtung und damit ausgestatteter aktor

Info

Publication number: EP2049804B1
Application number: EP07847030A
Authority: EP
Inventors: Francisco Costarossa; Thomas Reininger; José LEONETT
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2007-02-20
Filing date: 2007-12-07
Publication date: 2010-11-17
Anticipated expiration: 2027-12-07
Also published as: DE502007005694D1; DE102007008338B4; WO2008101536A1; CN101611230B; EP2049804A1; CN101611230A; DE102007008338A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Positionssensoreinrichtung (44, 45) für einen Aktor (7) mit einem Führungsgehäuse (11) zum Führen eines beweglichen Aktorglieds (8) und mit einem Sensor (54) zur Erzeugung eines eine Position des Aktorglieds (8) oder eines mit dem Aktorglied (8) bewegungsgekoppelten äußeren Objekts (9), insbesondere eines Schlittens (12), anzeigenden Positionssignals (90), wenn sich das Aktorglied (8) oder das Objekt (9) in einem Erfassungsbereich (53) des Sensors (54) befindet. Die Positionssensoreinrichtung (44, 45) weist ein erstes und mindestens ein zweites optisches Anzeigemittel (161, 162) zur Anzeige des Positionssignals (90) auf, das der Sensor (54) erzeugt. Die beiden Anzeigemittel (161, 162) sind so zueinander beabstandet, dass mindestens eines der Anzeigemittel (161, 162) sichtbar ist, wenn das andere durch das Aktorglied (8) oder das mit dem Aktorglied (8) bewegungsgekoppelte Objekt (9) verdeckt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Aktor mit einer Positionssensoreinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Der Aktor ist beispielsweise ein pneumatischer Linearantrieb. Ein Linearantrieb mit einer Nut zur Aufnahme einer Positionssensoreinrichtung ist beispielsweise aus der DE 195 14 846 B4 bekannt. In einer am Führungsgehäuse verlaufenden Aufnahmenut ist ein magnetischer Sensor angeordnet, der von einem magnetischen Element an dem Schlitten betätigbar ist. Wenn der Schlitten die Positionssensoreinrichtung überfährt, löst die Positionssensoreinrichtung ein Positionssignal aus. Der Schlitten verdeckt dann allerdings die Positionssensoreinrichtung. Dadurch ist es beispielsweise schwierig, eine exakte Position für die Positionssensoreinrichtung in der Aufnahmenut zu finden.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Aktor mit einer leicht handhabbaren Positionssensoreinrichtung bereit zu stellen.
Zur Lösung der Aufgabe ist ein Aktor mit einer Positionssensoreinrichtung gemäß der technischen Lehre des Anspruchs 1 vorgesehen.
Die Erfindung sieht vor, dass die Positionssensoreinrichtung ein erstes und mindestens ein zweites optisches Anzeigemittel zur Anzeige eines Positionssignals aufweist. Der Sensor erzeugt das Positionssignal, wenn er ein Objekt, beispielsweise den Schlitten eines Dreh- oder Linearantrieb oder ein sonstiges durch das Aktorglied angetriebenes Element, in seinem Erfassungsbereich ermittelt. Jeweils eines der Anzeigemittel bleibt sichtbar, wenn das andere Anzeigemittel durch das Objekt, beispielsweise den Schlitten verdeckt ist. Der Schlitten ist beispielsweise asymmetrisch, so dass er bei einer ersten Position, z.B. Linearposition, das erste Anzeigemittel verdeckt, das zweite Anzeigemittel jedoch das Ansprechen des Sensors signalisieren kann. Bei einer zweiten Position, beispielsweise wenn die Positionssensoreinrichtung in einer umgekehrten Einbaulage in einer Aufnahmenut des Aktors, z.B. des Linearantriebs, angeordnet ist, bleibt das zweite Anzeigemittel sichtbar, während das erste Anzeigemittel durch den Schlitten oder ein sonstiges Objekt im Erfassungsbereich der Positionssensoreinrichtung verdeckt ist.
Die Positionssensoreinrichtung kann einen Sensor mit einem nach innen in das Führungsgehäuse des Antriebs gerichteten Erfassungsbereich und/oder einen Sensor mit einem nach außen gerichteten Erfassungsbereich aufweisen, der z.B. das Objekt, den Schlitten oder dergleichen erfasst.
Der Aktor ist zweckmäßigerweise pneumatisch angetrieben. Aber auch ein elektrisches bzw. elektromagnetisches Antriebsprinzip ist denkbar. Als sogenannter Hybrid-Aktor oder HybridAntrieb kann der Aktor auch als kombinierter elektrischer und fluidtechnischer, z.B. pneumatischer, Aktor ausgestaltet sein.
Bevorzugt ist ein pneumatischer oder elektrischer Dreh- oder Linearantrieb.
Im Innern des Führungsgehäuses ist beispielsweise ein linear beweglicher Kolben vorhanden, der durch Druckluft betätigbar ist. Der Kolben ist mittels eines Kolbengliedes, das einen Längsschlitz des Führungsgehäuses durchgreift, mit dem Schlitten verbunden und treibt diesen linear an. Es versteht sich, das der Kolben auch elektromagnetisch antreibbar sein kann oder mittels beider Methoden, das heißt sowohl elektromagnetisch als auch pneumatisch. Ferner ist es denkbar, dass der Schlitten als Läufer eines elektrischen Linearantriebs, insbesondere eines Linear-Direktantriebs, ausgestaltet oder mit einem Läufer gekoppelt ist.
Die Anzeigemittel sind zweckmäßigerweise synchron betätigbar. Beispielsweise weisen beide Anzeigemittel ein separates Leuchtmittel auf, das der Sensor über einen gemeinsamen elektrischen Stromkreis ansteuert. Eine Bauvariante der Erfindung kann auch vorsehen, dass ein gemeinsames Leuchtmittel für beide Anzeigemittel vorgesehen ist. Zwischen dem Leuchtmittel und mindestens einem der Anzeigemittel sind einer oder mehrere Lichtleiter, beispielsweise aus Glas oder Kunststoff.
Der Erfassungsbereich des Sensors ist vorteilhafterweise symmetrisch zwischen den mindestens zwei Anzeigemitteln angeordnet.
Die Anzeigemittel sind beispielsweise an einer Oberseite der Positionssensoreinrichtung angeordnet. Vorteilhaft ist es nämlich, wenn die mindestens zwei Anzeigemittel an einem Anzeigebereich der Positionssensoreinrichtung angeordnet sind, der sichtbar ist, wenn die Positionssensoreinrichtung in einer Aufnahme, z.B. einer Aufnahmenut, am Aktor montiert ist. Andere Wände oder Wandabschnitte der Positionssensoreinrichtung liegen dann in der Nut, wohingegen der Anzeigebereich, insbesondere an der Oberseite der Positionssensoreinrichtung, sichtbar ist.
Vorteilhafterweise hat die Positionssensoreinrichtung eine optische Markierung, die den Erfassungsbereich des Sensors markiert. Bei der Markierung handelt es sich beispielsweise um eine Linienmarkierung, eine Kreuzmarkierung oder dergleichen. Auch eine Fläche, die mit dem Erfassungsbereich korrespondiert, kann als Markierung dienen.
Ein Grundgedanke der Erfindung ist, dass selbst dann, wenn ein Objekt, beispielsweise der Schlitten des Linearantriebs, eines der Anzeigemittel verdeckt, das jeweils andere Anzeigemittel frei und sichtbar ist. Für den Bediener ist es somit leicht möglich, die Positionssensoreinrichtung beispielsweise in einer Aufnahmenut eines Dreh- oder Linearantriebs, zu justieren.
Die Positionssensoreinrichtung enthält vorteilhaft mindestens einen induktiven oder kapazitiven oder optischen Sensor. Die Positionssensoreinrichtung benötigt dann keine Signalgebermittel am Aktorglied, am Schlitten oder an mit diesem verbundenen Teilen, z.B. Anbauteilen, oder an einem sonstigen zu erfassenden Teil, sondern arbeitet sozusagen autark. Der Erfassungsbereich dieses Sensors kann in das Innere des Führungsgehäuses gerichtet sein oder vorzugsweise in einen Außenbereich des Führungsgehäuses, z.B. zu dem Schlitten. Die Positionssensoreinrichtung hat beispielsweise einen kapazitiven oder induktiven Oszillator an Bord, dessen Feld durch den vorbeifahrenden Schlitten beeinflusst wird, so dass die Positionssensoreinrichtung dessen Position erfassen kann. Der Schlitten ist beispielsweise für das induktive Prinzip magnetisch leitend, braucht aber selbst kein Magnet zu sein. Beim kapazitiven Prinzip genügt eine elektrische Leitfähigkeit oder eine beispielsweise von Luft zweckmäßigerweise wesentlich abweichende Dielektrizität des Schlittens, um das im Erfassungsbereich liegende elektrische Feld sozusagen zu "stören", so dass die Positionssensoreinrichtung die Position des Schlittens erfassen kann.
Beim optischen Prinzip hat die Positionssensoreinrichtung zweckmäßigerweise eine Lichtquelle an Bord. Der Erfassungsbereich ist beispielsweise ein optischer Erfassungsbereich. Das Licht wird von dem Schlitten reflektiert oder absorbiert, was durch den optischen Sensor erfassbar ist.
Der Erfassungsbereich ist zweckmäßigerweise senkrecht zu der Aufnahme, beispielsweise senkrecht zu der Aufnahmenut. Jedenfalls ist der Erfassungsbereich des induktiven, kapazitiven oder optischen Sensors vorteilhaft nicht in den Innenbereich des Führungsgehäuses, sondern nach außen orientiert. Der Erfassungsbereich ist beispielsweise als eine Art Feldkeule ausgebildet.
Als unterstützende Maßnahme zur räumlichen Definition des Erfassungsbereiches können beispielsweise eine Abschirmeinrichtung oder Feldleitmittel vorgesehen sein.
Die Abschirmeinrichtung schirmt den induktiven oder kapazitiven Sensor z.B. vor äußeren Störfeldern oder vor Einflüssen aus dem Innern des Führungsgehäuses ab, beispielsweise Einflüsse, die durch einen am einem Aktorglied angeordneten Magneten eines beispielsweise pneumatischen oder elektrischen Linearantriebes erzeugt werden. Eine Abschirmeinrichtung kann beispielsweise in einem Gehäuse der Positionssensoreinrichtung vorgesehen sein. Ferner ist es denkbar, dass in der Aufnahme, beispielsweise in der Aufnahmenut, Abschirmmittel vorgesehen sind.
Feldleitmittel sind dazu geeignet, das Erregerfeld in Richtung des Sensors zu lenken bzw. vom Sensor weg in Richtung des zu erfassenden Objekts, z.B. des Schlittens, zu lenken. Beispielsweise können Feldleitbleche oder Abschirmbleche, insbesondere mit geringer magnetischer Remanenz, vorgesehen sein.
Die Positionssensoreinrichtung ist beispielsweise mittels Drahtverbindungen kontaktierbar. Besonders bevorzugt ist jedoch eine drahtlose Schnittstelle zum Senden von Sensorwerten oder zum Empfangen von Steuerbefehlen. Die Steuerbefehle dienen beispielsweise zur Abfrage von Sensorwerten, zur Parametrierung der Positionssensoreinrichtung oder dergleichen.
Die Positionssensoreinrichtung kann auf konventionellem Wege parametriert werden, wobei beispielsweise Schaltschwellen oder dergleichen über extern vorgegebene Steuerbefehle an der Schnittstelle einprogrammiert werden. Ferner ist es denkbar, dass beispielsweise ein Potentiometer oder eine sonstige Stelleinrichtung zur Definition von Grenzwerten oder Schwellwerten an der Positionssensoreinrichtung vorhanden ist. Vorteilhaft ist ein sogenannter Lernmodus oder Teach-In-Modus zum Parametrieren und/oder Programmieren der Positionssensoreinrichtung.
Zweckmäßigerweise ist eine Aufnahme am Aktor als eine Aufnahmenut ausgestaltet. Die Positionssensoreinrichtung (es können auch mehrere vorgesehen sein) ist in der Aufnahmenut beispielsweise linear verstellbar. Zweckmäßigerweise hat die Positionssensoreinrichtung Klemmmittel, beispielsweise Rastmittel, Federmittel, Klemmschrauben, insbesondere exzentrische Klemmschrauben, oder dergleichen, zum Festklemmen in der Aufnahme, z.B. der Aufnahmenut.
Eine Variante der Erfindung, die an sich eine eigenständige Erfindung darstellt und zwar auch dann, wenn nur ein einziges Anzeigemittel vorhanden ist, sieht vor, dass die Positionssensoreinrichtung mindestens einen zweiten Sensor aufweist. Der Erfassungsbereich des ersten Sensors, der magnetisch, vorzugsweise jedoch induktiv, kapazitiv oder optisch arbeitet, ist nach außen gerichtet, während der Erfassungsbereich des zweiten Sensors nach innen orientiert ist. Der nach innen gerichtete Sensor erfasst beispielsweise die Position des Aktorglieds, z.B. eines Kolbens, der in dem Führungsgehäuse entlang eines Schwenkweges oder linear hin und her beweglich ist. Auf diesem Wege ist vorteilhaft eine Redundanz realisierbar: der nach innen gerichtete zweite Sensor erfasst das Aktorglied, während der nach außen gerichtete erste Sensor ein äußeres Objekt, z.B. den Schlitten, erfasst. Wenn der Schlitten beispielsweise relativ zu dem Aktorglied beweglich ist, können so z.B. Relativpositionen des Schlittens bezüglich des Aktorglieds erfasst werden. Sofern das Aktorglied und der Schlitten fest miteinander gekoppelt sind, ist auf diesem Wege eine Redundanz erzielbar. Nur wenn beide Sensoren übereinstimmende Positionswerte senden, liegt ein störungsfreier Betriebszustand vor.
Der zweite Sensor kann zwar auch ein induktiver oder kapazitiver Sensor sein. Vorzugsweise ist er jedoch ein magnetischer Sensor, der ein Erregerfeld aus dem Innern des Führungsgehäuses erfasst. Das Erregerfeld wird beispielsweise durch einen Magneten an einem Kolben eines pneumatischen Zylinders erzeugt.
Damit das Erregerfeld aus dem Innern des Führungsgehäuses den Sensor (oder die Sensoren), dessen Erfassungsbereich nach außen gerichtet ist, nicht beeinflusst, sind zweckmäßigerweise Abschirmmittel zwischen den Sensoren vorgesehen, deren Erfassungsbereiche nach innen und nach außen gerichtet sind.
Zweckmäßigerweise sind die Erfassungsbereiche des mindestens einen ersten und des zweiten Sensors relativ zueinander verstellbar. Dazu sind beispielsweise Feldleitmittel und/oder Abschirmmittel vorhanden, die die jeweiligen Erfassungsbereiche beeinflussen und relativ zueinander verändern. Ferner ist es denkbar, dass die Sensoren innerhalb des Gehäuses relativ zueinander verstellbar sind.
Die Sensoren haben zweckmäßigerweise eine gemeinsame Schnittstelle, beispielsweise eine drahtgebundene oder eine drahtlose Schnittstelle. Dadurch wird der Verdrahtungsaufwand bzw. der Kommunikationsaufwand verringert.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1: eine perspektivische Schrägansicht eines Linearan- triebs, an dem zwei erfindungsgemäße Positionssen- soren angeordnet sind,
Figur 2: eine Seitenansicht einer Positionssensoreinrichtung des Linearantriebs gemäß Figur 1,
Figur 3: eine Draufsicht der Positionssensoreinrichtung ge- mäß Figur 2, und
Figur 4: eine perspektivische Innenansicht eines Gehäuses der Positionssensoreinrichtung gemäß Figur 2.
Figur 5: eine teilweise perspektivische Ansicht des Linea- rantriebs gemäß Figur 1,
Figur 6: eine Vorderansicht des Linearantriebs gemäß Figur 5, wobei Erfassungsbereiche der Positionssensorein- richtungen eingezeichnet sind,
Figur 6a: eine Detailansicht der Positionssensoreinrichtung gemäß Figur 6,
Figur 7: eine etwa dem Ausschnitt von Figur 6a entsprechende Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Positionssensoreinrichtung, und
Figur 8: eine teilweise schematische Ansicht etwa entspre- chend Figur 7 eines weiteren, an sich eine eigen- ständige Erfindung darstellenden Ausführungsbei- spiels einer erfindungsgemäßen Positionssensorein- richtung mit zwei Sensoren.

Als Beispiel eines erfindungsgemäßen Aktors 7 ist in Figur 1 ein Linearantrieb 10 gezeigt. An einem Führungsgehäuse 11 des Linearantriebs 10 ist ein Schlitten 12 linear hin und her beweglich geführt. Der Schlitten 12 wird angetrieben und bildet somit ein Aktorglied 8.
Ein Führungsteil 13 des Schlittens 12, beispielsweise eine Nut, ist an einem Führungsteil 14 des Führungsgehäuses 11 geführt. Das Führungsteil 14 ist an einer Oberseite 15 eines Mittelteils 16 des Führungsgehäuses 11 angeordnet. Das Führungsteil 14 ist beispielsweise ein schwalbenschwanzartiger Vorsprung, der von einer Schwalbenschwanznut, die das Führungsteil 13 bildet, umgriffen wird. An beiden Längsenden des Mittelteiles 16 sind Kopfteile 17 angeordnet, beispielsweise mittels Schrauben 18 an das Mittelteil 16 angeschraubt. Innere Stirnseiten 19 bilden Längsanschläge 20 für den Schlitten 12 und definieren somit lineare Endpositionen des Schlittens 12.
Ein in Figur 6 schematisch angedeuteter elektrischer Motor 21 bildet elektrische Antriebsmittel 22 zum Antreiben des Schlittens 12. Eine Motorwelle 23 durchdringt beispielsweise eine Öffnung 24 an einem der Kopfteile 17 und treibt ein Antriebsrad 25 für einen Antriebsriemen 26, z.B. einen Zahnriemen oder einen Reibriemen, an. Zweckmäßigerweise ist in jedem der Kopfteile 17 ein Antriebsrad 25 oder auch ein antriebsloses Umlenkrad vorgesehen, über die der Antriebsriemen 26 umläuft. Zweckmäßigerweise sind an jedem Kopfteil 17 Öffnungen 24 zum Anschluss des Motors 21 vorhanden. Die Öffnungen 24 können an einander entgegensetzten Seiten 27, 28 der Kopfteile 17 vorgesehen sein, so dass die Motorwelle von beiden Seiten her in die Kopfteile 17 einsteckbar ist.
Ein unteres Trum 30, ein Leer-Trum, des Antriebsriemens 26 verläuft in einem Innenraum 29 des Führungsgehäuses 11. Ein oberes Trum 31, ein Last-Trum, des Antriebsriemens 26 ist in einer Führung 32 an der Oberseite 15 geführt und nimmt den Schlitten 12 mit. Das Last-Trum 31 ist mit dem Schlitten 12 bewegungsgekoppelt. Beispielsweise klemmt ein Klemmteil 33 den Antriebsriemen 26 gegen den Schlitten 12. Somit treibt der Motor 21 den Schlitten 12 mittels eines Riemengetriebes 34 an.
Ferner ist ein pneumatisches Antriebskonzept denkbar. Beispielsweise kann in dem Innenraum 29 ein Kolben 35 angeordnet sein, der mittels Druckluft betätigbar ist. Der Kolben 35 bildet ein Aktorglied 8. Beispielsweise könnten Kopfteile in der Art der Kopfteile 17 vorgesehen sein, wobei in die Öffnungen 24 entsprechende Druckluft eingespeist wird. In Figur 5 ist ferner schematisch dargestellt, dass ein Koppelglied 37 einen Längsschlitz 38 des jeweiligen Führungsgehäuses, z.B. im Bereich der Führung 32, durchgreift und mit dem Schlitten 12 verbunden ist.
Das Klemmteil 33 bildet ferner ein Führungsteil, das in der Führung 32 geführt ist. Die Führung 32 verläuft an der Oberseite 15 neben dem Führungsteil 14.
Parallel zu dem Führungsteil 14 bzw. zur Führung 32 verlaufen Aufnahmenuten 40, 41, die Aufnahmen 42, 43 für Positionssensoreinrichtungen 44, 45 bilden. Mit dem Positionssensoreinrichtungen 44, 45 sind Positionen des Schlittens 12 entlang seines Linearverstellweges 39 zwischen den Anschlägen 20 ermittelbar.
Die Positionssensoreinrichtungen 44, 45 sind in den Aufnahmenuten 40, 41 entlang des Linearverstellweges 39 längspositionierbar und mittels Klemmmitteln 46 festlegbar. Die Klemmmittel 46 enthalten beispielsweise Klemmschrauben 47, zum Verspannen von Sensorgehäusen 48 der Positionssensoreinrichtungen 44, 45 in den Aufnahmenuten 40, 41.
Die Klemmmittel 46 können optional auch Klemmvorsprünge 49 umfassen, die vorteilhafterweise federnd vor Seiten der Sensorgehäuse 48 vorstehen. Beispielsweise hat die Positionssensoreinrichtung 44' gemäß Figur 7 solche Klemmvorsprünge 49. Die Sensorgehäuse 48 können dann sozusagen in die Aufnahmenuten 40, 41 eingerastet werden, wobei die Klemmvorsprünge 49 beim Einbringen in die Nuten 40, 41 in Richtung der Sensorgehäuse 48 verlagert werden, so dass sie an Nutvorsprüngen 50 an der Oberseite der Nuten 40, 41 vorbei gesteckt werden können und sodann, wenn die Sensorgehäuse 48 in den Nuten 40, 41 positioniert sind, wieder nach außen vor die Sensorgehäuse 48 vorstehen und sich an die Unterseite der Nutvorsprünge 50 oder an Seitenwänden der Nuten 40, 41 anlegen.
Die Aufnahmenuten 40, 41 sind an der Außenseite des Führungsgehäuses 11 angeordnet. Beispielsweise sind die Aufnahmenuten 40, 41 an einem schrägen Abschnitt 64 des Führungsgehäuses 11 zwischen der Oberseite 15 und einer Seitenfläche 65 angeordnet. Ein nach unten vorstehenden Abschnitt 66 des Schlittens 12 gelangt in Erfassungsbereiche 53 der Positionssensoreinrichtungen 44, 45. An einer Oberseite 67 des Schlittens 12 sind Befestigungsmittel 68, beispielsweise Montagebohrungen, Klemmmittel oder dergleichen, zum Befestigen von Gegenständen an dem Schlitten 12, beispielsweise von zu förderndem Gut, vorhanden.
Die Positionssensoreinrichtungen 44, 45 sind drahtgebunden, beispielsweise über Leitungen 51, beispielsweise an eine Steuereinrichtung 52 angeschlossen und melden dies der Steuereinrichtung 52 Positionen des Schlittens 12. Die Leitungen 51 sind zweckmäßigerweise in den Nuten 40, 41 angeordnet.
Die Positionssensoreinrichtungen 44, 45 weisen ein erstes und ein zweites Anzeigemittel 161, 162 auf, von denen mindestens eines sichtbar bleibt, wenn ein Sensor 54 der Positionssensoreinrichtung 44, 45 in seinem Erfassungsbereich 53 ein Objekt 9, beispielsweise den Schlitten 12, erfasst. Der Schlitten 12 kann nämlich eines der Anzeigemittel 161 oder 162 verdecken. Dennoch bleibt das jeweils andere Anzeigemittel 161 oder 162 sichtbar. Der Schlitten 12 ist beispielhaft an einer Linearposition dargestellt, bei der er beim Sensor 44 das Anzeigemittel 162 verdeckt und das Anzeigemittel 161 in einem Bereich neben dem Schlitten 12 oder in einem Ausschnitt des Schlittens 12 angeordnet und somit sichtbar ist.
Eine Leiterplatte 149, beispielsweise eine elektrische Platine, ist in einem Sensorgehäuse 148 angeordnet. Das Sensorgehäuse 158 kann beispielsweise in einer der Aufnahmenuten 40 oder 41 mit Klemmmitteln 46 eingeklemmt und justiert werden. Dann ist ein Anzeigebereich 171 mit den Anzeigemitteln 161, 162 sichtbar außerhalb der Aufnahmenuten 40 oder 41. Die Klemmmittel 46 umfassen eine Klemmschraube 47, die vor eine Unterseite des Sensorgehäuses 148 im geklemmten Zustand zumindest partiell versteht. Die Klemmschraube 47 durchdringt das Sensorgehäuse 148 an einer Ausnehmung 142, deren Bodenseite 143 so gegenüber der Oberseite 144 zurückversetzt ist, dass ein Kopf der Schraube 47 im montierten Zustand der Positionssensoreinrichtung 44, 45 nicht vor die Oberseite 144 des Sensorgehäuses 148 vorsteht.
Eine elektrische Anschlussleitung 148 mit einem Anschlusskontakt bzw. Stecker 142 durchdringt das Sensorgehäuse 148 an einer Anschlussöffnung 145. Mit einer Leitung 51 kann die Positionssensoreinrichtung 44, 45 beispielsweise an die Steuereinrichtung 52 angeschlossen werden.
Die Leitung 51 ist an einem Anschlussgehäuse 150, das im Bereich der Anschlussöffnung 145 positioniert ist, angeschlossen. Von dem Anschlussgehäuse 150 führt eine Leitung 149a zu der Leiterplatte 149.
Die Erfassungsbereiche 53 der Positionssensoreinrichtungen 44, 45 sind in einen Außenbereich 80 des Führungsgehäuses 11, z.B. in Richtung des Schlittens 12 orientiert. Der Sensor 54 ist vorzugsweise ein induktiver oder kapazitiver Sensor mit einem eine Induktivität oder eine Kapazität enthaltenden Schwingkreis 55. Ein magnetisches oder elektrisches Feld, das von dem Schwingkreis oder Oszillator 55 erzeugt wird, definiert den Erfassungsbereich 53. Wenn der Schlitten 12 in den Erfassungsbereich 53 gelangt, wird das magnetische oder elektrische Feld 56 des Schwingkreises 55 beeinflusst, beispielsweise gestört, so dass der Sensor 54 daraus das Vorhandensein des Schlittens 12 an seiner jeweiligen Position ermitteln kann. Somit kein Magnet am Schlitten 12 erforderlich.
Es wäre aber auch möglich, anstelle des Sensors 54 oder zusätzlich zu diesem einen magnetischen Sensor 54a zu verwenden, der durch einen optional am Schlitten 12 vorhandenen Magneten 69 betätigt wird.
Die Erfassungsbereiche 53 sind senkrecht zur Aufnahme 42, 43, beispielsweise der Aufnahmenut 40, 41.
Der Schwingkreis 55 mit einer magnetischen Spule 155 befindet sich im montierten Zustand der Platine 149 in einer Aufnahme oder Ausnehmung 159 des Sensorgehäuses 148. Eine Auswerteeinrichtung 156, die beispielsweise einen Komparator umfasst, erzeugt anhand der Signale des Schwingkreises 55 ein Positionssignal 90, das die Positionssensoreinrichtung 44, 45 über die Leitung 51 ausgibt.
Wenn sich das Objekt 9, beispielsweise der Schlitten 12, im Erfassungsbereich 53 befindet, wird das Positionssignal 90 erzeugt. Der Erfassungsbereich 53 ist beispielsweise durch Feldleitmittel 157, z.B. Leitbleche 158, definiert. Es versteht sich, dass auch durch eine geeignete Auslegung oder Dimensionierung des Schwingkreises 55 eine geeignet gerichtete Feldcharakteristik des Erfassungsbereiches 53 einstellbar ist und keine Feldleitmittel erforderlich sind.
Ferner ist es möglich, dass die Positionssensoreinrichtungen 44, 45 einen Sensor 54b mit einem in das Innere des Aktors gerichteten Erfassungsbereich aufweisen. Der Sensor 54b ist beispielsweise ein induktiver oder kapazitiver Sensor oder vorzugsweise ein magnetischer Sensor, z.B. ein Reedkontakt, ein magnetoresistiver Sensor oder dergleichen, der durch ein Erregerfeld 63 eines Magneten 61 am Aktorglied 8, z.B. dem Kolben 35, ausgelöst wird.
Außen ist der Erfassungsbereich 53 für einen Bediener durch eine Markierung 160 kenntlich gemacht. Die Markierung 160 ist beispielsweise eine kreuzförmige Markierung, die die seitlichen Grenzen des Erfassungsbereiches 53 kennzeichnet.
Unterhalb von Fenstern 14 an der Oberseite 144 des Sensorgehäuses 148 befinden sich Leuchtmittel 163, beispielsweise LEDs. Der Sensor 144 bringt die Leuchtmittel 163 zum Leuchten, wenn sich das Objekt 9 in seinem Erfassungsbereich 53 befindet. Die Leuchtmittel 163 sind in einem Linearabstand zueinander beabstandet, und sind vorliegend symmetrisch zum Erfassungsbereich 53. Es versteht sich, dass prinzipiell auch Leuchtmittel oder Anzeigemittel vorgesehen sein können, die in unterschiedlichen Abständen zum jeweiligen Erfassungsbereich einer erfindungsgemäßen Positionssensoreinrichtung angeordnet sind.
In Figur 3 ist schematisch eine weitere Ausführungsform der Erfindung eingezeichnet. Von einem gemeinsamen Leuchtmittel 167, beispielsweise einer LED, die vom Sensor 54 zum Leuchten gebracht wird, wenn sich das Objekt 9 in seinem Erfassungsbereich 53 befindet, führt ein Lichtleiter 166 zu den Fenstern 164.
Die nachfolgend erläuterten Ausführungsbeispiele haben teilweise dieselben oder ähnlich wirkende Komponenten wie die Positionssensoreinrichtungen 44, 45, die daher mit den denselben Bezugszeichen versehen sind. Die bei den weiteren Ausführungsbeispielen vorhandenen Merkmale, unter anderem insbesondere die sensorische Erfassung von Objekten im Innern und eines Aktors und zusätzlich die Erfassung äußerer Objekte, die drahtlose Signalübermittluung, sind auch bei den Positionssensoreinrichtungen 44, 45 anwendbar.
Eine in Figur 7 dargestellte Positionssensoreinrichtung 44' hat teilweise gleiche Komponenten wie die Positionssensoreinrichtungen 44, 45. Die Positionssensoreinrichtung 44' ist in Figur 7 nur teilweise in die Nut 40 eingesteckt und wird bei einer vollständigen Montage bis zum Nutboden weiter in die Nut 40 eingesteckt.
Abschirmeinrichtungen 59 schirmen die Erfassungsbereiche 53 der Positionssensoreinrichtungen 44, 45, 44' vor äußeren Feldeinflüssen, die unerwünscht sind, ab. Die Abschirmeinrichtungen 59 umfassen beispielsweise ein Abschirmblech 60, das den Schwingkreis 55 vor Einflüssen aus dem Inneren des Führungsgehäuses 11 abschirmt, beispielsweise von Einflüssen eines Erregerfelds 63 eines Magneten 61 an dem optional dargestellten Kolben 35.
Ferner kann ein Abschirmblech 62 im Bereich der Aufnahme 42, beispielsweise im Bodenbereich oder unterhalb des Bodenbereiches der Aufnahmenut 40 vorhanden sein und eine Abschirmeinrichtung 59 bilden. Das Abschirmblech 62 schirmt beispielsweise ein Erregerfeld 63 des Magneten 61 von den Positionssensoreinrichtungen 44, 45 ab.
Die Positionssensoreinrichtung 44' weist Feldleitmittel 57 auf, beispielsweise Leitbleche, die seitlich an das Sensorgehäuse 48 angebaut sind. Die Feldleitmittel 57 lenken das Feld 56 in Richtung des Schwingkreises 55.
Eine in Figur 8 dargestellte Positionssensoreinrichtung 70 hat teilweise gleiche Komponenten wie die Positionssensoreinrichtungen 44, 45, die dementsprechend mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Nachfolgend werden abweichende Funktionen und Komponenten der Positionssensoreinrichtung 70 erläutert.
Die Positionssensoreinrichtung 70 hat eine drahtlose Schnittstelle 71 zum Senden von Sensorwerten, beispielsweise an die Steuereinrichtung 52. Die Schnittstelle 71 ist beispielsweise eine WLAN-Schnittstelle (Wireles Lokal Area Network).
Die Schnittstelle 71 ist eine gemeinsame Schnittstelle für einen ersten Sensor 74 und einen zweiten Sensor 75, wobei ein Erfassungsbereich 73 des ersten Sensors 74 nach außen, das heißt in Richtung des Schlittens 12 orientiert ist, während der zweite Sensor 75 einen in das Innere des Führungsgehäuses 11 gerichteten Erfassungsbereich 76 aufweist. Der erste Sensor 74 ist beispielsweise ein optischer Sensor, der durch Reflexion oder Verschattung durch den Schlitten 12, insbesondere des Abschnitts 66 des Schlittens 12, aktiviert wird. Der zweite Sensor 75 ist zweckmäßigerweise ein magnetischer Sensor, der durch das Erregerfeld 63 des Magneten 61 betätigt wird. Der Sensor 75 ist beispielsweise ein Hall-Sensor, ein Reedkontakt, ein magnetorestistiver Sensor oder dergleichen.
Damit sich die Erfassungsbereiche 73, 76 nicht überlappen und die beiden Sensoren 74, 75 nicht wechselweise gestört werden, ist ein Abschirmblech 78, das Abschirmmittel bildet, zwischen den beiden Sensoren 74, 75 angeordnet.
Die Sensoren 74, 75 sind zweckmäßigerweise innerhalb des Sensorgehäuse 48 relativ zueinander beweglich, beispielsweise parallel zum Linearverstellweg 39 des Schlittens 12.
Es versteht sich, dass auch bei einem alternativen Antriebskonzept der Schlitten 12 beispielsweise durch einen Lineardirektantrieb angetrieben wird. Dabei könnte der Schlitten ein Läufer des Linearantriebs sein. Ferner ist es denkbar, andere Getriebearten an Stelle eines Riemengetriebes vorzusehen, beispielsweise ein Kugelumlaufgetriebe, ein Zahnstangengetriebe oder dergleichen.

Claims

Aktor mit einer Positionssensoreinrichtung, wobei der Aktor (7) ein Führungsgehäuse (11) zum Führen eines beweglichen Aktorglieds (8) aufweist, und wobei die Positionssensoreinrichtung (44, 45) einen Sensor (54) zur Erzeugung eines eine Position des Aktorglieds (8) oder eines mit dem Aktorglied (8) bewegungsgekoppelten äußeren Objekts (9), insbesondere eines Schlittens (12), anzeigenden Positionssignals (90), wenn sich das Aktorglied (8) oder das Objekt (9) in einem Erfassungsbereich (53) des Sensors (54) befindet, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionssensoreinrichtung (44, 45) ein erstes und mindestens ein zweites optisches Anzeigemittel (161, 162) zur Anzeige des Positionssignals (90) aufweist, das der Sensor (54) erzeugt, und dass die beidenAnzeigemittel (161, 162) so zueinander beabstandet sind, dass mindestens eines der Anzeigemittel (161, 162) sichtbar ist, wenn das andere durch das Aktorglied (8) oder das mit dem Aktorglied (8) bewegungsgekoppelte Objekt (9) verdeckt ist.
Aktor mit einer Positionssensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im am Aktor (7) montierten Zustand bei einer ersten Position des äußeren Objekts (9) das erste Anzeigemittel (161) durch das Objekt (9) verdeckt ist und das mindestens eine zweite Anzeigemittel (162) sichtbar bleibt und bei einer zweiten Position des äußeren Objekts (9) das mindestens eine zweite Anzeigemittel (162) durch das Objekt (9) verdeckt ist und das erste Anzeigemittel (161) sichtbar ist.
Aktor mit einer Positionssensoreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Anzeigemittel (161, 162) ein separates Leuchtmittel (163 ; 167) aufweist oder dass die Anzeigemittel (161, 162) ein gemeinsames Leuchtmittel (163; 167) zum Beleuchten der mindestens eines der Anzeigemittel (161, 162) über einen Lichtleiter (166) aufweist.
Aktor mit einer Positionssensoreinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Erfassungsbereich (53) des Sensors (54), insbesondere symmetrisch, zwischen den mindestens zwei Anzeigemitteln (161, 162) liegt.
Aktor mit einer Positionssensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionssensoreinrichtung (44, 45) eine den Erfassungsbereich (53) des Sensors (54) anzeigende optische Markierung (160) umfasst und/oder dass die mindestens zwei Anzeigemittel (161, 162) an einem Anzeigebereich (171) der Positionssensoreinrichtung (44, 45) angeordnet sind, der sichtbar ist, wenn die Positionssensoreinrichtung (44, 45) in einer Aufnahmenut (40, 41) am Aktor (7) montiert ist.
Aktor mit einer Positionssensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionssensoreinrichtung (44, 45) mindestens einen magnetischen, induktiven oder kapazitiven oder optischen Sensor (54; 54a; 54b; 74) enthält, dessen Erfassungsbereich (53; 73) zu einem Außenbereich (80) des Führungsgehäuses (11), insbesondere zu dem äußeren Objekt (9), gerichtet ist.
Aktor mit einer Positionssensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionssensoreinrichtung (44, 45) in einer insbesondere als Aufnahmenut (40, 41) ausgestalteten Aufnahme (42, 43) des Aktors (7) angeordnet oder anordenbar ist, wobei der Erfassungsbereich (53; 73) zweckmäßigerweise im wesentlichen senkrecht zu der Aufnahme (42, 43) ist.
Aktor mit einer Positionssensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (54 ; 54a; 54b; 74) und/oder das Führungsgehäuse (11) eine Abschirmeinrichtung (59) und/oder Feldleitmittel (57) zur Beeinflussung des Erfassungsbereichs (53; 73) aufweist, wobei die Abschirmeinrichtung (59) vorteilhaft zur Abschirmung eines durch einen im Innern des Führungsgehäuses (11) erzeugten, insbesondere beweglichen Erregerfelds (63) ausgestaltet ist und/oder zweckmäßigerweise an der Aufnahme (42, 43) oder an einem Gehäuse der Positionssensoreinrichtung (44, 45; 44'; 70) vorgesehen ist.
Aktor mit einer Positionssensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionssensoreinrichtung (44, 45) mindestens einen ersten Sensor (54; 54a; 54b; 74), dessen Erfassungsbereich (53; 73) zu dem Schlitten (12) gerichtet ist, und mindestens einen zweiten Sensor (75) aufweist, dessen Erfassungsbereich in einen Innenraum des Führungsgehäuses (11) gerichtet ist.
Aktor mit einer Positionssensoreinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine zweite Sensor (75) ein magnetischer Sensor ist, der ein im Innern des Führungsgehäuses (11) erzeugtes, insbesondere bewegliches Erregerfeld (63) erfasst und/oder dass Abschirmmittel (77) zwischen dem mindestens einen ersten Sensor (54; 54a; 54b; 74) und dem mindestens einen zweiten Sensor (75) vorgesehen sind.
Aktor mit einer Positionssensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsbereiche des mindestens einen ersten Sensors (54; 54a; 54b; 74) und des mindestens einen zweiten Sensors (75) relativ zueinander verstellbar sind und/oder dass der mindestens eine erste Sensor (54; 54a; 54b; 74) und der mindestens eine zweite Sensor (75) innerhalb eines Sensorgehäuses (48; 148) der Positionssensoreinrichtung relativ zueinander verstellbar sind.
Aktor mit einer Positionssensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine erste Sensor (54; 54a; 54b; 74) und der mindestens eine zweite Sensor (75) eine gemeinsame, insbesondere drahtlose, Schnittstelle (71) aufweisen.
Aktor mit einer Positionssensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionssensoreinrichtung (44, 45) ein Sensorgehäuse (48; 148) mit Klemmmitteln (46) zum Klemmen an dem Führungsgehäuse (11), insbesondere in der Aufnahme (42, 43) des Führungsgehäuses (11), aufweist.
Aktor mit einer Positionssensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionssensoreinrichtung (44, 45) eine drahtlose Schnittstelle (71) zum Senden von Sensorwerten und/oder zum Empfangen von Steuerbefehlen aufweist und/oder dass die Positionssensoreinrichtung (44, 45) in einem Lernmodus zum Lernen mindestens einer Position des Schlittens (12) betreibbar ist.
Aktor mit einer Positionssensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegungsgekoppelte Objekt (9) ein am Führungsgehäuse (11) geführter Schlitten (12) ist und/oder der Aktor (7) ein elektrischer und/oder fluidtechnischer, insbesondere pneumatischer, Dreh- oder Linearantrieb ist.
Aktor mit einer Positionssensoreinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktorglied (8) ein im Innern des Führungsgehäuses (11) durch Druckluft betätigbaren, linear beweglichen Kolben ist, und der Schlitten (12) mit dem Kolben durch ein Koppelglied (37) verbunden ist, das einen Längsschlitz (38) des Führungsgehäuses (11) durchgreift.