EP2054634A2

EP2054634A2 - Betätigungseinrichtung mit positionserfassungseinrichtung

Info

Publication number: EP2054634A2
Application number: EP07802690A
Authority: EP
Inventors: Werner Schnabel; Alessandro Spathas; Uwe Grass
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2006-08-23
Filing date: 2007-08-17
Publication date: 2009-05-06
Also published as: WO2008022975A3; CN101523060A; WO2008022975A2; US20100089168A1; DE102006039521B4; DE102006039521A1

Abstract

Vorliegende Erfindung betrifft eine Betätigungseinrichtung (12) mit einer Druckdose (1) zur Betätigung mechanischer Systeme mittels einer Betätigungsstange (13). Um auf einfache und preiswerte Weise Zwischenlagen der Betätigungsstange (13) zu bestimmten, besteht ein Gehäuse (17) der Druckdose (1) ganz oder teilweise aus einem lichtdurchlässigen Kunststoff. Außerdem ist innerhalb einer Kammer (14) der Druckdose (1), eine mit der Betätigungsstange (13) fest verbundene Fahne (4, 5) vorgesehen, wobei außerhalb der Druckdose (1) eine Lichtschranke (3, 6) zur Erkennung der Position der Fahne (4, 5) angeordnet ist.

Description

Betätigungseinrichtung mit Positionserfassungseinrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Betätigungseinrichtung mit einer Druckdose zur Betätigung mechanischer Systeme mittels einer Betätigungsstange, wobei die Druckdose mit zwei mittels einer Membran abgeteilte Kammern mit unterschiedlichen Druckverhältnissen aufweist. Die Erfindung betrifft außerdem eine Positionserfassungseinrichtung zum Erzeugen eines mit einer Relativlage zwischen zwei Bauteilen korrelierenden elektrischen Positionssignals. Ferner betrifft die Erfindung einen Stellantrieb mit einer solchen Betätigungseinrichtung und mit einer solchen Positionserfassungseinrichtung .

Zur Betätigung von mechanischen Systemen, z.B. zur Verstellung von Klappen oder zum Betätigen von Ventilen, können e- lektrisch betriebene, hydraulische und pneumatische Betätigungseinrichtungen verwendet werden. Pneumatisch arbeitende Betätigungseinrichtungen umfassen regelmäßig eine Druckdose, also ein pneumatisches System, bei dem die eine Seite einer Membran durch Unterdruck belastet wird, während die andere Seite durch Druck oder Umgebungsdruck belastet wird. Aus dem sich ergebenden Druckunterschied ergibt sich eine Kraft an der Membran, welche diese mittels einer Betätigungsstange weitergibt. Dies ist eine lineare Kraft-Bewegung. Der Kraft an der Membran steht eine Federkraft entgegen, die der Membran einen dem Druckunterschied entsprechenden Weg zuordnet. Eine Lagemeldung darüber, wo sich die Betätigungsstange augenblicklich befindet, erfolgt dabei nicht.

Um Lagemeldungen oder Positionsmeldungen zu erhalten, ist es möglich, mechanische Schalter oder magnetische Systeme, wie z.B. Hallsonden, einzusetzen, um beispielsweise die jeweiligen Endlagen der Betätigungsstange zu bestimmen. Hallsensoren können auch verwendet werden um Zwischenlagen zu erfassen. Nachteilig ist hierbei, dass Schalter und Hallsensoren teuer sind, insbesondere fallen dabei die großen bzw. langen Magnete für die Betätigung der Hallsensoren ins Gewicht. Da die magnetische Positionserfassung berührungslos arbeitet, werden bislang die damit verbundenen erhöhten Kosten akzeptiert.

Aus der DE 20 2006 000 528 Ul ist ein aus einem Kunststoff hergestelltes für optische Strahlung eines Sensors transparentes Sensorgehäuse bekannt.

Aus der US 3,100,997 ist eine Druckmessdose bekannt, in der eine Membran einen evakuierten Raum von einem Messraum trennt und einen Schirm mit nebeneinander angeordneten transparenten und opaken Streifen trägt, wobei der Schirm in einem Lichtweg einer Lichtschranke verstellbar positioniert ist. Die Druckmessdose besitzt ein Glasgehäuse und arbeitet mit einer Lichtschranke, deren Sender und Empfänger außen am Gehäuse angeordnet sind und die über eine Spiegelanordnung das Licht des Senders durch den Lichtweg zum Empfänger ablenkt.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Betätigungseinrichtung der eingangs genannten Art bzw. für eine Positionserfassungseinrichtung der genannten Art bzw. für einen mit einer Betätigungseinrichtung und einer Positionserfassungseinrichtung ausgestatteten Stellantrieb eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass Zwischenlagen sowie Endlagen eines Bauteils, insbesondere einer Betätigungsstange, auf einfache und preiswerte Art bestimmt werden können.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die vorliegende Erfindung schlägt für die Lösung dieses Problems drei verschiedene, selbstständige Lösungen vor, nämlich eine Betätigungseinrichtung, eine Positionserfassungseinrichtung sowie einen Stellantrieb. Dabei beruhen alle drei Lösungen auf dem gemeinsamen übergeordneten Gedanken, bei zwei relativ zueinander verstellbaren Komponenten, die eine mit einer Fahne und die andere mit einer Lichtschranke auszustatten, die mit der Fahne zur Erzeugung eines elektrischen Positionssignals zusammenwirkt. Die Positionserfassung arbeitet somit ebenfalls berührungslos und kommt dabei ohne teuren Magneten aus, wodurch sie vergleichsweise preiswert realisierbar ist. Insbesondere lassen sich Lichtschranken heutzutage mit extrem preiswerten Halbleiterelementen, wie z.B. Leuchtdioden und Transistoren, realisieren.

Für die mit einer Druckdose arbeitende Betätigungseinrichtung wird dieses Ziel dadurch erreicht, dass ein Gehäuse dieser Druckdose ganz oder teilweise aus einem lichtdurchlässigen Kunststoff besteht, wobei innerhalb einer der beiden Kammern der Druckdose, welche einen Reinraum bildet, eine mit der Betätigungsstange fest verbundene Fahne vorgesehen ist, wobei außerhalb der Druckdose eine Lichtschranke zur Erkennung der Position der Fahne angeordnet ist. Hierdurch kann mit einfachen und preiswerten Mitteln ein berührungsloses System bei einer mit einer Druckdose arbeitenden Betätigungseinrichtung zur Verfügung gestellt werden, um so eine Lagemeldung bzw. ein Positionssignal für die Betätigungsstange zu ermitteln. In die vorgeschlagene Betätigungseinrichtung ist somit eine Positionserfassungseinrichtung integriert, die durch die Fahne und die damit zusammenwirkende Lichtschranke gebildet ist.

Das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problem wird bei der vorgeschlagenen Positionserfassungseinrichtung dadurch gelöst, dass sie zwei in einer Hubrichtung bidirektional zueinander verstellbar angeordnete Bauteile aufweist, von denen das eine mit der Fahne und das andere mit der Lichtschranke ausgestattet ist. Hierdurch kann die mit der Fahne zusammenwirkende Lichtschranke in Abhängigkeit der Re- lativlage zwischen Fahne und Lichtschranke ein mit der Relativlage der beiden Bauteile korreliertes elektrisches Positionssignal generieren. Die so gebildete Positionserfas- sungseinrichtung lässt sich ebenfalls preiswert realisieren. Des weiteren lässt sie sich besonderes einfach mit einem Stellantrieb verwenden, der zum bidirektionalen antreiben eines Stellglieds dient. Hierzu muss lediglich das die Fahne tragende Bauteil der Positionserfassungseinrichtung mit einer zum Antreiben des Stellglieds dienenden Betätigungsstange gekoppelt werden.

Das der Erfindung zugrundeliegende Problem wird auch durch einen Stellantrieb gelöst, der entweder die erfindungsgemäße Betätigungseinrichtung mit integrierter Positionserfassung umfasst oder eine beliebige Betätigungseinrichtung und die erfindungsgemäße Positionserfassungseinrichtung aufweist.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Be- Schreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen .

Es zeigen, jeweils schematisch,

Fig. 1 eine Betätigungseinrichtung mit einer Druckdose mit einer Betätigungsstange, einer uncodierten Fahne und einer Gabellichtschranke,

Fig. 2 eine Betätigungseinrichtung mit einer Druckdose mit einer Betätigungsstange, einer Fahne mit Codierung und einer Lichtschranke,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel einer codierten Fahne,

Fig. 4 eine Teilansicht einer weiteren Ausführungsform einer Betätigungseinrichtung mit einer Druckdose mit einer Betätigungsstange und einer Fahne mit Codierung,

Fig. 5 eine Positionserfassungseinrichtung mit einer uncodierten Fahne und einer Gabellichtschranke,

Fig. 6 eine Positionserfassungseinrichtung mit einer codierten Fahne und einer Lichtschranke,

Fig. 7 eine Ausführungsbeispiel einer codierten Fahne, Fig. 8 eine Teilansicht einer weiteren Ausführungsform einer Positionserfassungseinrichtung mit einer codierten Fahne.

Bei den Fig. 1 bis 8 handelt es sich um schematische Darstellungen, wobei nur die zum Verständnis der Erfindung wesentlichen Bauelemente dargestellt sind.

Seit einiger Zeit sind lichtdurchlässige Kunststoffe bekannt. Diese sind auch für Laserlicht durchlässig. Besondere Ausführungsformen dieser lichtdurchlässigen Kunststoffe sehen für das menschliche Auge schwarz aus, sind jedoch für Licht einer bestimmten Wellenlänge durchlässig. Fertigt man beispielsweise ein Gehäuse einer Unterdruckseite einer Druckdose aus diesem Material und positioniert eine Fahne im Gehäuse auf der Unterdruckseite der Membran, so kann man eine Lichtschranke außen auf die Druckdose aufsetzen, die mit der innenliegende Fahne zusammenwirken kann. Das Licht der Lichtschranke gelangt nahezu ungehindert durch den zumindest für die Wellenlänge des Lichts der Lichtschranke durchlässigen Kunststoff und es sind somit keine teuren Kabeldurchführungen notwendig. Die Lichtschranke, welche durch die innenliegende Fahne betätig wird bzw. mit der innenliegende Fahne zusammenwirkt, kann eine Gabellichtschranke oder eine Reflexlichtschranke sein oder aus einer Lichtschrankenanordnung bestehen, welche aus mindestens zwei Komponenten, nämlich aus einem Sender, z.B. in Form einer Emitterdiode, und aus einem Empfänger, z.B. aus einem lichtempfindlichen Transistor, besteht. Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Betätigungseinrichtung mit einer Druckdose mit einer nicht codierten Fahne und einer Gabellichtschranke.

Entsprechend Fig. 1 umfasst eine Betätigungseinrichtung 12 eine Druckdose 1 mit einer Betätigungsstange 13, die in einer Kammer 14 eine Fahne 4 aufweist. Die Druckdose 1 enthält außerdem eine Membran 15, welche die eine Kammer 14 von einer anderen Kammer 16 trennt. Mit 2 ist ein Unterdruckan- schluss bezeichnet. Mit Hilfe einer Gabellichtschranke 3 kann eine sogenannte Endlage der Betätigungsstange 13 bestimmt werden. Hierbei kann es sich insbesondere um eine o- bere oder eine untere Endlage handeln. Die Endlage kann am einfachsten mittels einer Gabellichtschranke 3 oder einer Reflexlichtschranke geprüft werden, da beide Geräte nur aus einer Einheit bestehen. Diese Einheit wird so an oder auf der Druckdose 1 befestigt, dass kein Schmutz in den Lichtweg eindringen kann.

Die Druckdose 1 weist ein Gehäuse 17 auf, das aus einem Kunststoff besteht, der für das Licht der Lichtschranke 3 durchlässig ist. Dementsprechend kann die Lichtschranke 3 außen am Gehäuse 17 angeordnet werden und trotzdem mit der im Inneren des Gehäuses 17 angeordneten Fahne 4 zusammenwirken. Die Kammer 14, in der die Fahne 4 angeordnet ist, ist bevorzugt als Reinraum ausgestaltet. Dieser Reinraum ist beispielsweise gegenüber der Umgebung abgedichtet. Die Lichtschranke 3 bildet zusammen mit der Fahne 4 eine Po- sitionserfassungseinrichtung 18. Diese Positionserfassungs- einrichtung 18 ist hier baulich in die Betätigungseinrichtung 12 integriert, wodurch insgesamt eine Einheit entsteht, die auch als Stellantrieb 19 bezeichnet werden kann. Ein derartiger Stellantrieb 19 lässt sich zum bidirektionalen antreiben eines hier nicht gezeigten Stellglieds eines im Grunde beliebigen mechanischen Systems verwenden. Hierzu ist die Betätigungsstange 13, an ihrem von der Fahne 4 entfernten Endabschnitt 20 mit besagtem Stellglied koppelbar.

Fig. 2 zeigt eine Betätigungseinrichtung 12 mit einer Druckdose 1, die mit einer Betätigungsstange 13 ausgestattet ist. Bei dieser Ausführungsform ist das Erkennen von Zwischenlagen der Betätigungsstange 13 möglich. Dazu werden mehrere Lichtschranken 6 eingebaut, wobei im dargestellten Ausführungsbeispiel lediglich eine Lichtschranke 6 dargestellt ist. Die in Fig. 2 dargestellte Druckdose 1 verfügt über eine codierte Fahne 5. Die codierte Fahne 5 ist in Fig. 3 detailliert dargestellt. Auch bei dieser Ausführungsform bilden die wenigstens eine Lichtschranke 6 und die Fahne 5 eine Positionserfassungseinrichtung 18, die in die Betätigungseinrichtung 12 integriert ist. Die hierdurch gebildete Einheit bildet wieder einen Stellantrieb 19 zum bidirektionalen Antreiben eines hier nicht gezeigten Stellglieds eines beliebigen mechanischen Systems.

Entsprechend Fig. 3 kann die Fahne 5 in Bereiche oder Flächen oder Felder aufgeteilt sein, wobei unschraffiert darge- stellte Bereiche das Licht durchlassen, während schraffiert dargestellte Bereiche das Licht nicht durchlassen. Diese Lichtdurchlässigkeit bezieht sich dabei zumindest auf die Wellenlänge der verwendeten Lichtschranke 6. Sind nun beispielsweise über die Breite der Fahne 5 vier Bereiche in einer Reihe, sogenannte Prüfreihe 7, angeordnet, so werden vier Lichtschranken benötigt und es ist eine Positionsmeldung von vier Bit möglich. Wird z.B. eine Klappe um 90° verstellt, so bedeutet das eine Positionierung um 5,6°.

Bei einer anderen, preiswerteren Lösung kann beispielsweise nur ein einziger Sender, z.B. eine entsprechende Emitterdiode, verwendet werden, der Licht durch eine Spiegelanordnung auf die lichtempfindlichen Empfänger, beispielsweise Transistoren, schickt. Die Spiegelanordnung kann beispielsweise durch eingespritzte Spiegel gebildet werden, die mit Totalreflexion im Kunststoffmaterial arbeiten. Hierdurch sind preiswert deutlich mehr Bit realisierbar. Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform, bei der diese Lösung realisiert ist. Dabei sind in Fig. 4 mit 9 ein lichtdurchlässiges Gehäuse, mit 8 die Spiegelanordnung, mit 5 die codierte Fahne, mit 10 die Emitterdiode und mit 11 die lichtempfindlichen Transistoren, welche als Empfänger dienen, gekennzeichnet.

Bei einer anderen, hier nicht gezeigten Ausführungsform kann die Position der Fahne im Grunde auf die gleiche Weise bestimmt werden, wie die Cursorposition bei Verwendung einer kugellosen Computermaus ermittelt wird. Bei einer derartigen Ausführungsform wird eine Reflexions-Lichtschranke verwen- det, wobei die Relativbewegung der Fahne durch einen entsprechenden Chip ermittelt wird. Hierbei ist jedoch für die vorliegende Anwendung hin und wieder eine Justierung erforderlich. Diese kann beispielsweise stets bei Erreichen der Endlage erfolgen. Dementsprechend sollte hier die Lage der Fahne ab der Endlage immer wieder neu berechnet werden.

Dadurch, dass ein lasergeeignetes Kunststoffmaterial für das Gehäuse 9 bzw. 17 der Druckdose 1 verwendet wird, kann die Druckdose 1 auch mittels eines Lasers verschweißt werden. Nachfolgend sollen die Vorteile der vorliegenden Erfindung zumindest für die in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Ausführungsformen kurz aufgezählt werden:

1. Verwendung einer Lichtschranke als Schaltelement. Dies ist preiswert und liefert ein sicheres Signal.

2. Verwendung eines für die Wellenlänge der Emitterdioden durchlässigen schwarzen Kunststoffs.

3. Die Bauteile der Lichtschranke befinden sich außerhalb des mit Unter- oder Überdruck beaufschlagten Raumes, so sind keine teuren und unsicheren Durchführungen notwendig.

4. Die Fahne zur Betätigung der Lichtschranke befindet sich im Reinraum auf der Unter- oder Überdruckseite der Druckdose . 5. Durch Verwendung mehrerer Empfangstransistoren können Zwischenstellungen festgestellt werden. Die Fahne hat eine entsprechende digitale Codierung.

6. Das Kunststoffteil der Unter- oder Überdruckseite kann so gespritzt werden, dass Spiegel entstehen, so dass das Licht einer einzigen Emitterdiode verteilt werden kann.

Entsprechend den Fig. 5 und 6 umfasst eine Positionserfas- sungseinrichtung 21 ein erstes Bauteil 22 und ein zweites Bauteil 23. Mit Hilfe der Positionserfassungseinrichtung 21 lässt sich ein elektrisches Positionssignal generieren, das mit der Relativlage zwischen den beiden Bauteilen 22, 23 korreliert. Dazu sind die beiden Bauteile 22, 23 innerhalb der Positionserfassungseinrichtung 21 aneinander in einer durch einen Doppelpfeil angedeuteten Hubrichtung 24 relativ zueinander bidirektional verstellbar angeordnet. Beispielsweise ist das erste Bauteil 22 am zweiten Bauteil 23 hubverstellbar gelagert. Hierzu kann rein exemplarisch und ohne Beschränkung der Allgemeinheit das zweite Bauteil 23 eine hier nicht gezeigte Schiene zur Längsführung des ersten Bauteils 22 aufweisen.

Das erste Bauteil 22 weist eine Fahne 25 auf, die bezüglich des ersten Bauteils 22 ortsfest ist. Das zweite Bauteil 23 weist wenigstens eine Lichtschranke 26 auf, die bezüglich des zweiten Bauteils 23 ortsfest ist. Diese Lichtschranke 26 ist in einem nicht näher bezeichneten Verstellweg der Fahne 25 angeordnet. Insoweit kann die Lichtschranke 26 mit der Fahne 25 zusammenwirken, um in Abhängigkeit der Relativlage zwischen Fahne 25 und Lichtschranke 26 ein elektrisches Positionssignal zu generieren, das dann mit der Relativlage der beiden Bauteile 22, 23 zueinander korreliert.

Die Lichtschranke 26 kann dabei grundsätzlich außerhalb eines mit unterbrochener Linie angedeuteten Gehäuses 27 angeordnet sein, das dann einen Bestandteil des zweiten Bauteils 23 bildet. Das Gehäuse 27 besteht in diesem Fall aus einem für das Licht der Lichtschranke 26 durchlässigen Material, insbesondere Kunststoff. Bevorzugt ist jedoch die hier gezeigte Ausführungsform, bei der die Lichtschranke 26 innerhalb des Gehäuses 27 angeordnet ist, von dem hier nur ein kleiner Abschnitt dargestellt ist. Dieses Gehäuse 27 bildet zweckmäßig ebenfalls einen Bestandteil des zweiten Bauteils 23.

Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform ist die Lichtschranke 26 als Gabellichtschranke ausgestaltet. Eine derartige Gabellichtschranke 23 kann als Einheit vorgefertigt und montiert werden, was ihre Handhabung vereinfacht.

Entsprechend Fig. 6 kann bei einer anderen Ausführungsform die Verwendung einer codierten Fahne 28 vorgesehen sein. Die codierte Fahne 28 kann gemäß Fig. 7 aus einer Vielzahl benachbarter Felder oder Flächen oder Bereiche 29 bestehen, von denen die einen, schraffiert dargestellten Bereiche 29 zumindest für das Licht der Lichtschranke 26 nicht durchlässig sind und von denen die anderen, hier unschraffiert dar- gestellten Bereiche 29 zumindest für das Licht der Lichtschranke 26 durchlässig sind. Die gewählte Anordnung von benachbarten lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Bereichen 29 bildet eine digitale Codierung der Fahne 28. Im Beispiel sind in der Breitenrichtung der Fahne 28 jeweils vier derartige Bereiche 29 nebeneinander in einer Prüfreihe 30 angeordnet. Dementsprechend lässt sich eine 4-Bit- Codierung realisieren. Es ist klar, dass in der jeweiligen Prüfreihe 30 auch mehr oder weniger Bereiche 29 nebeneinander angeordnet sein können.

Bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform können in der Breitenrichtung der Fahne 28, die sich quer zur Hubrichtung 24 erstreckt, entsprechend der Anzahl an innerhalb der jeweiligen Prüfreihe 30 nebeneinander angeordneten Bereiche 29 vier oder mehr oder weniger Lichtschranken 26 nebeneinander angeordnet sein. In Fig. 6 ist jedoch nur eine solche Lichtschranke 26 dargestellt. Bei einer anderen Ausführungsform ist es grundsätzlich möglich, einen einzigen Sender vorzusehen, der Licht zu mehreren Empfängern sendet. Hierbei kann die jeweilige Lichtschranke 26 entsprechend Fig. 8 mit einer Spiegelanordnung 31 arbeiten, die das von einem gemeinsamen Lichtsender (Emitterdiode) 32 stammende Licht auf eine Empfängeranordnung 33 aufteilt. Die Empfängeranordnung 33 kann eine der Bittiefe der Codierung der Fahne 28 entsprechende Anzahl an separaten Empfängern, insbesondere lichtempfindliche Transistoren, aufweisen. Ebenso kann die Empfängeranordnung 33 aus einem gemeinsamen Empfänger, insbesondere in Form eines lichtempfindlichen Transistors, bestehen, der ei- ne der Bittiefe der Codierung der Fahne 28 entsprechende Anzahl an nebeneinanderliegenden Bereichen separat erfassen und auswerten kann.

In Fig. 8 sind des weiteren erkennbar, die codierte Fahne 28 und rein exemplarisch das Gehäuse 27, das hier ebenfalls lichtdurchlässig ausgestaltet ist, zumindest für das Licht der Lichtschranke 26.

Die mit dieser codierten Fahne 28 zusammenwirkende Lichtschranke 26 weist somit auf der einen Seite der Fahne 28 zumindest eine lichtaussendende Emitterdiode und auf der anderen Seite der Fahne 28 zumindest einen lichtempfindlichen Transistor auf.

Die Spiegelanordnung 31 lässt sich insbesondere in Kunststoff einspritzen, wobei sie mit Totalreflexion arbeitet. Insbesondere kann die Spiegelanordnung 31 in das Gehäuse 27 eingespritzt sein.

Bei einer anderen, hier nicht gezeigten Ausführungsform kann die Lichtschranke 26 als Reflexions-Lichtschranke ausgestaltet sein, die mittels eines entsprechenden Chips (integrierter Schaltkreis) die Bewegung der Fahne 28 bzw. die Bewegung der Fahne 25 ermittelt und in ein entsprechendes Positionssignal umrechnet. Derartige Reflexions-Lichtschranken, die mit einem derartigen Chip zur Positionsermittlung zusammenwirken, sind beispielsweise aus der Computertechnik bekannt und dienen zur Ermittlung einer Cursorposition am Bild- schirm, der mit einer Maus betätigbar ist. Die hierzu verwendete Computermaus arbeitet ohne Kugel, sondern mit zumindest einer derartigen Reflexionslichtschranke, wodurch die Relativbewegung der Maus gegenüber einem Untergrund erfasst werden kann. Das hierdurch ermittelbare Bewegungssignal kann zur Steuerung des Cursors genutzt werden. Dieses Prinzip kann hier für die Positionserfassung der Fahne genutzt werden. Zweckmäßig ist hier von Zeit zu Zeit ein Positionsab- gleich mit einer Referenzlage durchzuführen. Dies kann besonders einfach bei Erreichen einer Endlage der Fahne bzw. der Bauteile durchgeführt werden.

Wie bereits weiter oben erläutert kann das zweite Bauteil 23 ein Gehäuse bilden, in das das erste Bauteil 22 hineinragt. Die Lichtschranke 26 kann dann innerhalb des Gehäuses 27 angeordnet sein. Entsprechend den Ausführungsformen der Fig. 5 und 6 kann die Positionserfassungseinrichtung 21 vorzugsweise einen Bestandteil eines Stellantriebs 34 bilden. Besagter Stellantrieb dient zum bidirektionalen Antreiben eines hier nicht gezeigten Stellantriebs eines im Grunde beliebigen mechanischen Systems. Der Stellantrieb 34 umfasst neben der Positionserfassungseinrichtung 21 außerdem eine Betätigungseinrichtung 35, die hier rein exemplarisch und ohne Beschränkung der Allgemeinheit durch ein Kolben-Zylinder- Aggregat angedeutet ist. Die Betätigungseinrichtung 35 dient zur Betätigung einer bidirektional verstellbaren Betätigungsstange 36, die hier durch das erste Bauteil 22 gebildet ist. Ebenso kann es sich um eine separate Betätigungsstange 36 handeln, wobei dann das erste Bauteil 22 der Positionser- fassungseinrichtung 21 auf geeignete Weise mit dieser Betätigungsstange 36 gekoppelt ist. Die Betätigungsstange 36 ist z.B. über einen Anschlussbereich 37 mit dem mit Hilfe des Stellantriebs 34 anzutreibenden Stellglied antriebsverbind- bar .

Die Betätigungseinrichtung 35 kann im Grunde durch die mit Bezug auf die Fig. 1 bis 4 näher erläuterte Betätigungseinrichtung 12 gebildet sein. Die Positionserfassungseinrichtung 21 ist dann in die Betätigungseinrichtung 35 quasi integriert. Alternativ handelt es sich bei der Betätigungseinrichtung 35 und bei der Positionserfassungseinrichtung 21 um grundsätzlich separate Systeme, die auf geeignete Weise zusammenwirken. Dabei ist es insbesondere möglich, die Positionserfassungseinrichtung 21 vollständig in einem Gehäuse der Betätigungseinrichtung 35 unterzubringen. Hierdurch kann ein integrierter Stellantrieb 34 bereitgestellt werden, der integral die Betätigungseinrichtung 35 und die Positionserfassungseinrichtung 21 enthält.

Die Betätigungseinrichtung 35 kann somit pneumatisch arbeiten und dementsprechend insbesondere eine Druckdose 1 aufweisen. Alternativ kann die Betätigungseinrichtung 35 auch hydraulisch arbeiten. Ebenso ist eine elektrisch arbeitende Betätigungseinrichtung 35 möglich.

Der Stellantrieb 34 kann beispielsweise dazu verwendet werden, ein Ventilglied bei einer Abgasrückführeinrichtung zu betätigen. Beispielsweise kann die Betätigungsstange 36 das Ventilglied eines Abgasrückführventils antreiben, um dadurch die Abgasrückführrate einstellen zu können. Alternativ kann mit Hilfe des Stellantriebs 34 beispielsweise ein Stellglied eines Abgasturboladers betätigt werden. Beispielsweise weist ein Abgasturbolader ein Wastegate-Ventil auf, mit dem für niedrige Lasten die Hochdruckseite der Turbine mit der Niederdruckseite der Turbine verbunden werden kann. Des weiteren kann der Abgasturbolader mit einer verstellbaren Leitschaufelgeometrie ausgestattet sein. Der Stellantrieb 34 kann somit zum Betätigen das Wastegate-Ventils bzw. der Leitschaufelverstellung genutzt werden.

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Claims

Ansprüche

1. Betätigungseinrichtung zur Betätigung mechanischer Systeme mittels einer Betätigungsstange (13),

- wobei eine Druckdose (1) vorgesehen ist, die zwei mittels einer Membran (15) abgeteilte Kammern (14, 16) mit unterschiedlichen Druckverhältnissen aufweist,

- wobei die Membran (15) mit der Betätigungsstange (13) antriebsverbunden ist,

- wobei ein Gehäuse (9, 17) der Druckdose (1) ganz oder teilweise aus einem lichtdurchlässigen Kunststoff besteht,

- wobei innerhalb einer der beiden Kammern (14), welche einen Reinraum bildet, eine mit der Betätigungsstange (13) fest verbundene Fahne (4, 5) vorgesehen ist,

- wobei außerhalb der Druckdose (1) zumindest eine Lichtschranke (3, 6) zur Erkennung der Position der Fahne (4, 5) angeordnet ist.

2. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtschranke (3) eine Gabellichtschranke ist, welche im Endbereich der Fahne (4) angeordnet ist und mit welcher die Endlage der Fahne (4) feststellbar ist.

3. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

- dass die Fahne (5) eine Anordnung von benachbarten lichtdurchlässigen und nicht lichtdurchlässigen Flächen aufweist, die zusammen eine Codierung bilden,

- dass außerhalb der Kammer (14) auf der einen Seite der Fahne (5) zumindest eine lichtaussendende Emitterdiode und auf der anderen Seite der Fahne (5) zumindest ein lichtempfindlicher Transistor angeordnet sind.

4. Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffteil einer der Kammern (14) derart gespritzt ist, dass auf seiner Innenseite Spiegel (31) entstehen, die das Licht einer Emitterdiode verteilen.

5. Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtschranke eine Reflexions-Lichtschranke ist, wobei die Bewegung der Fahne (4, 5) mittels eines Chips registriert wird.

6. Positionserfassungseinrichtung zum Erzeugen eines mit einer Relativlage zwischen zwei Bauteilen (22, 23) korrelierenden elektrischen Positionssignals,

- wobei das eine Bauteil (22) am anderen Bauteil (23) in einer Hubrichtung (24) bidirektional verstellbar angeordnet ist, - wobei das erste Bauteil (22) eine Fahne (25, 28) aufweist,

- wobei das zweite Bauteil (23) zumindest eine im Verstellweg der Fahne (25, 28) angeordnete Lichtschranke (26) aufweist, die in Abhängigkeit der Relativlage zwischen Fahne

(25, 28) und Lichtschranke (26) ein mit der Relativlage der beiden Bauteile (22, 23) korreliertes elektrisches Positionssignal generiert.

7. Positionserfassungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

- dass die Fahne (28) eine Anordnung von benachbarten Lichtdurchlässigen und nicht lichtdurchlässigen Flächen (29) aufweist, die zusammen eine Codierung bilden,

- dass die Lichtschranke (26) auf der einen Seite der Fahne

(28) wenigstens eine lichtaussendende Sendeeinrichtung und auf der anderen Seite der Fahne (28) zumindest eine lichtempfindliche Empfangseinrichtung aufweist.

8. Positionserfassungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bauteil (23) eine Spiegelanordnung (31) zur Aufteilung des Lichts einer Sendeeinrichtung (32) auf mehrere Empfangseinrichtungen oder auf eine Empfängeranordnung (33) aufweist.

9. Positionserfassungseinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtschranke (26) als Reflexionslichtschranke ausgestaltet ist, welche mittels eines entsprechenden Chips die Bewegung der Fahne (25, 28) ermittelt und in ein Positionssignal umrechnet.

10. Positionserfassungseinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet,

- dass das zweite Bauteil (23) ein Gehäuse (27), in das das erste Bauteil (22) hineinragt, und/oder

- dass das Gehäuse (27) zumindest teilweise aus einem lichtdurchlässigem Kunststoff besteht, wobei die Lichtschranke

(26) senderseitig und/oder empfängerseitig außen am Gehäuse (27) angeordnet ist.

11. Stellantrieb zum bidirektionalen Antreiben eines Stellglieds eines mechanischen Systems,

- mit einer Betätigungseinrichtung (12; 35) zum Betätigen einer bidirektional verstellbaren Betätigungsstange (13; 36) die mit dem anzutreibenden Stellglied antriebsverbind- bar ist,

- mit einer Positionserfassungseinrichtung (18; 21) zum Erzeugen eines mit einer Relativlage der Betätigungsstange (13; 36) korrelierenden elektrischen Positionssignals,

- wobei entweder die Betätigungseinrichtung (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgestaltet ist und die Positionserfassungseinrichtung (18) durch die mit der Fahne (4, 5) zusammenwirkende Lichtschranke (3, 6) gebildet ist oder die Positionserfassungseinrichtung (21) nach einem der Ansprüche 6 bis 10 ausgestaltet ist.