EP3702628A1 - Vorrichtung zur erfassung der hubhöhe einer kolbenstange innerhalb eines zylinders - Google Patents

Vorrichtung zur erfassung der hubhöhe einer kolbenstange innerhalb eines zylinders Download PDF

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Publication number
EP3702628A1
EP3702628A1 EP20401010.2A EP20401010A EP3702628A1 EP 3702628 A1 EP3702628 A1 EP 3702628A1 EP 20401010 A EP20401010 A EP 20401010A EP 3702628 A1 EP3702628 A1 EP 3702628A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston rod
cylinder
sensor
movement
guide member
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP20401010.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Karl-Peter Hoffmann
Geert Hermann Schmidt
Marcus Oldenburger
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.)
Amazonen Werke H Dreyer SE and Co KG
Original Assignee
Amazonen Werke H Dreyer SE and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Amazonen Werke H Dreyer SE and Co KG filed Critical Amazonen Werke H Dreyer SE and Co KG
Publication of EP3702628A1 publication Critical patent/EP3702628A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • 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
    • F15B15/2892—Means for indicating the position, e.g. end of stroke characterised by the attachment means

Definitions

  • the invention relates to a device for detecting the stroke height of a piston rod within a cylinder according to the preamble of patent claim 1.
  • the measuring device has previously had to be taken into account in the design of the cylinder components within the pressure range. It must therefore be decided in the planning from the outset whether a designed cylinder should enable position detection. This in turn has a negative impact on the price of the entire series of a cylinder type.
  • FIG EP 1 070 856 B1 Such a device for detecting the stroke height of a piston rod within a cylinder, in particular a hydraulic cylinder, is shown in FIG EP 1 070 856 B1 described. It is known to use rotation angle sensors to detect the stroke height of a piston rod within a cylinder.
  • a motion converter in the form of a measuring rod designed as a rod with a twist in the longitudinal direction, which protrudes through a bore, for example into a piston rod and is forcibly guided by this, converts the translational movement of the piston rod into a rotational movement about a rotational axis detected by the rotation angle sensor.
  • This rotation angle sensor in turn generates an electrical signal from the rotation movement generated in this way, depending on the rotation angle detected, which correlates with the stroke height of the piston rod via the movement converter.
  • the object on which the invention is based is thus to design a device for detecting the lifting height in such a way that it can be used in a simple and versatile manner.
  • the stroke height of the piston rod can be recorded without having to implement variable-component measures on the cylinder or taking these into account when designing the cylinder.
  • No additional openings are required in addition to the existing fluid connection openings and the piston rod leadthrough in the cylinder head, which significantly reduces the risk of later leakage through defective seals.
  • This also makes it possible to use angle sensors with different dimensions that are at least approximately independent of the geometry of the cylinder. Furthermore, if a repair and / or replacement is necessary, the Sensor device the dismantling of the cylinder is not absolutely necessary, so that the assembly effort is considerably reduced.
  • the motion converter is designed as a transmission which, driven by the translational movements of the piston rod, leads to a rotary movement about the detected axis of rotation of the angle of rotation sensor.
  • the transmission can consist of two components, at least one of which is detachably connected to the piston rod.
  • the motion converter protrudes at least partially into the guide track of the guide member and is positively guided by this. This enables a particularly reliable change in the position of the motion converter and thus leads to the measurement method being less prone to errors.
  • the guideway can be designed depending on the required measurement resolution.
  • the movement converter is designed as a lever and is mounted rotatably about the axis of rotation of the angle of rotation sensor. This means that the position of the angle of rotation sensor can be removed as far as desired from the piston rod. As a result, a more flexible positioning of the sensor device is achieved.
  • the direct coupling of the lever to the axis of rotation of the angle of rotation sensor achieves a very high level of accuracy, which manages with almost no transmission losses between the piston rod and the angle of rotation sensor. Furthermore, the almost free choice of the lever length can influence the transmission accuracy or measurement accuracy of the sensor device.
  • the guide track does not run at least partially parallel to the linear axis of the piston rod.
  • the The contour of the guideway is designed in such a way that in each case, while the motion converter traverses the non-parallel area of the guideway to the linear axis of the piston rod, a contact surface with a protruding part of the motion converter is created. In this way it is achieved that through the stroke movement of the piston rod, the protruding part of the movement converter, through the limiting inner contour of the guide track, an at least approximately play-free displacement transversely to the linear axis of the piston rod is imposed.
  • the guide track is designed in such a way that it has at least one linear section, so that the linear section encloses an angle greater than zero degrees to the linear axis of the piston rod.
  • sections of the guideway are preferably designed with a more obtuse angle to the linear axis of the piston rod in order to obtain a larger signal deflection of the angle of rotation sensor during the traverse for the detection of critical stroke areas.
  • Critical stroke areas such as shortly before the end position of the piston rod, can be viewed more precisely.
  • a device for detecting the lifting height is preferred, in which the guide track has at least one end region which runs at least approximately parallel to the linear axis of the piston rod. Due to the parallel running end areas, among other things, a buffer zone can be used for a gentle entry and / or exit of the motion converter into or out of the guideway. Sudden jolts of the piston rod, which mainly occur in the end positions, are at least approximately not passed on to the sensor device and the upstream mechanism. In addition, this makes it possible to detect only certain intermediate areas of stroke movements and to exclude or mask out the end areas thereof in order to ensure a longer service life of the sensor. Furthermore, these areas can represent irrelevant rest positions of the piston rod.
  • the movement converter is designed concentrically to the axis of rotation of the rotation angle sensor and is coupled to the guide member.
  • the motion transducer can thus be used as a powered sensor element, e.g. function of the sensor shaft of the angle of rotation sensor. This has the advantage that installation space can also be saved in the local area around the cylinder. The mass of the sensor device accelerated by the piston rod is also minimized in this embodiment and thus increases the efficiency of the measuring principle.
  • the sensor device and / or the guide member are arranged to be displaceable in the direction of the linear axis of the piston rod. Due to the displaceability, different stroke areas can be measured with one and the same components of the sensor device. If, for example, only a section in the upper position of the piston rod is of interest, the entire device can be moved into the upper area of the piston rod or the cylinder.
  • the sensor device can be flexibly adapted to varying locations of a cylinder.
  • a device according to the invention is preferred in which the guide member is detachably attached to the piston rod and the sensor device is detachably attached to the cylinder.
  • the guide member has a degree of freedom along the linear axis of the piston rod and thus forms the displaceable element of the device.
  • the angle of rotation sensor and the motion converter are fixedly connected to the cylinder, whereby, for example, vibration influences on the sensor measured values are reduced.
  • the reversible connection between the guide member and the piston rod and the sensor device and the cylinder also makes it easy to replace the measuring device. This is particularly advantageous in the event of a defect in the cylinder and / or the sensor device.
  • the guide member is on the cylinder and the sensor device is on the piston rod releasably attached.
  • the angle of rotation sensor forms the movable part of the device, linear to the piston rod.
  • the guide member is fixedly attached to the cylinder. The reversible connection between the guide member and the cylinder and the sensor device and the piston rod also enables the measuring device to be easily exchanged. This is particularly advantageous in the event of a defect in the cylinder and / or the sensor device.
  • a device according to the invention is preferred in which the motion converter is designed as a toothed wheel and the guide member is designed as a toothed rack. This allows the measurement resolution or accuracy of the measurement device to be adapted by simply varying the translation. This is done, for example, using different gear wheel diameters. In addition, by selecting the number of teeth, further influence can be exerted on the accuracy of the transmission or measurement. In addition, a particularly space-saving measuring device can be implemented through this configuration.
  • a device attached to a pressure cylinder for detecting the stroke height H of a piston rod 2 is shown in Fig. 1 shown.
  • the device comprises a sensor device 3, consisting of a rotation angle sensor 4, a movement converter which is designed as a lever 5, and a guide member 6 with a guide track 7 embedded therein which has at least one end region X1.
  • the sensor device 3 is shown in FIG Fig. 1
  • the preferred embodiment shown is releasably fastened to the cylinder with clamps 9, while the guide member 6 is releasably fastened to the piston rod 2 with a clamping element 8.
  • the arrangement of the sensor device 3 and the guide member 6 can be interchanged so that the sensor device 3 is movably connected to the piston rod 2 and the guide member 6 is fixed in place on the cylinder 1.
  • the preferred detachable forms of attachment serve, on the one hand, to shift the entire device along the cylinder 1 in order to be able to detect a variable stroke range using the device if necessary. On the other hand, this ensures that individual components of the device can be exchanged.
  • the connection between the guide member 6 and the piston rod 2 causes the translational movement F of the piston rod 2 to be transmitted to the guide member 6, so that the piston rod 2 and the guide member 6 are displaced together, the clamping element 8 as a driver for the guide member 6 serves.
  • the angle of rotation sensor 4 detects rotational movements R about its axis of rotation R '.
  • the lever 5 is inserted between the guide member 6 and the rotation angle sensor 4.
  • the lever 5 is mounted rotatably about the axis of rotation R ′ of the angle of rotation sensor 4.
  • the opposite end of the lever 5 is positively enclosed by the guide track 7 and positively guided by it.
  • the conversion of the translational movement F into a rotational movement R can be performed with an alternative Transmission done.
  • the illustrated end area X1 can serve to relieve the lever in an end position of the piston rod 2 and to protect it from sudden accelerations. This increases the durability of the sensor device 3.
  • the lever 5 is designed in such a way that it protrudes into the guide track 7 and is positively guided by the contour of the guide track 7.
  • the contour of the guide track 7 encloses the lever 5, so that the most reliable transmission of the movement is guaranteed.
  • the movement converter can be configured concentrically to the detected axis of rotation R 'of the angle of rotation sensor 4 and thus serve as a sensor shaft, as shown. In this case, a rotational movement R impressed on the movement converter by the guide member 6 would be directly detectable.
  • the motion converter can be designed as a toothed wheel which corresponds to a guide element 6 designed as a toothed rack.
  • a section of the guide track 7 has a non-parallel course to the linear axis F ′ of the piston rod 2.
  • the angle ⁇ enclosed by the relevant section X2 and the linear axis F 'of the piston rod is greater than zero.
  • the size of the included angle ⁇ gives the sensor device 3 a specific transmission ratio with which the deflection of the lever 5 or the signal of the rotation angle sensor 4 can be influenced as a function of the translational movement F of the piston rod 2.
  • the guide track 7 can have several sections at different angles ⁇ to the linear axis F 'of the piston rod 2 in order to resolve individual stroke areas with different levels of precision.
  • Fig. 4 is the forced rotational movement R of the lever 5 about the axis of rotation R 'of the rotation angle sensor 4 with an angle ⁇ 1- ⁇ 3 in the such positions shown.
  • the cylinder 1 with the device is shown in three different positions of the piston rod 2. The amount of the angle ⁇ 1- ⁇ 3 depends on the respective stroke height H of the piston rod and the associated translational movement F in the direction of the linear axis F 'of the piston rod 2.
  • the piston rod 2 With the angle ⁇ 1 according to position 1, the piston rod 2 is in a retracted position, the lever 5 being in the upper position. With the angle a2 according to position 2, the piston rod 2 is in a central position, the lever 5 being moved into the central position by the guide track 7. With the angle ⁇ 3 according to position 3, the piston rod 2 is in an extended position, the lever 5 now being in a lower position.
  • the stroke height H is consequently above the device, i.e. the rotational movement R impressed on the lever 5 from the linear movement F of the guide member 6 with the piston rod 2, in direct connection with the rotational movement R detected by the rotational angle sensor 4.
  • the resulting signal from the rotational angle sensor 4 can therefore be evaluated to determine the lifting height H.

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Abstract

Vorrichtung zur Erfassung der Hubhöhe (H) einer Kolbenstange (2) innerhalb eines Zylinders (1), insbesondere eines Druckmittelzylinders (1), umfassend eine Sensoreinrichtung (3), die zumindest einen Drehwinkelsensor (4) umfasst und einen Mechanismus zum Umwandeln einer Translationsbewegung (F) in eine Rotationsbewegung (R), umfassend ein Führungsglied (6) welches zumindest eine Führungsbahn (7) aufweist und einen Bewegungswandler (5) der durch die Führungsbahn (7) zwangsgeführt ist, wobei der Drehwinkelsensor (4) mit dem Bewegungswandler (5) gekoppelt ist und dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von der Rotationsbewegung (R) um eine von dem Drehwinkelsensor (4) erfasste Rotationsachse (R') ein elektrisches Signal zu erzeugen. Um eine Vorrichtung zur Erfassung der Hubhöhe (H) so zu gestalten, dass sie einfach und vielseitig einsetzbar ist, ist vorgesehen, dass die Sensoreinrichtung (4) von außen am Zylinder (1) angebracht ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung der Hubhöhe einer Kolbenstange innerhalb eines Zylinders gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • In einer Vielzahl von Anwendungsbereichen ist es notwendig, die Position beweglicher Vorrichtungen, z.B. von Arbeitsgeräten oder Maschinenteilen, zu erfassen. Die Vorrichtungen werden meist von Druckmittelzylindern bewegt, die sich zur genauen Erfassung der Arbeitsstellung anbieten. Eine Anbringung der hierfür notwendigen Messtechnik erweist sich in der Praxis jedoch als aufwendig und stellt häufig ein Problem dar.
  • Insbesondere muss bisher bereits in der Planung der Zylinder-Komponenten, innerhalb des Druckbereiches, die Mess-Vorrichtung bei der Ausgestaltung berücksichtigt werden. Somit muss von vornherein in der Planung entschieden werden ob ein ausgelegter Zylinder eine Positionserfassung ermöglichen soll. Dies wiederrum hat einen negativen Einfluss auf den Preis der gesamten Baureihe eines Zylinder-Typs.
  • Eine derartige Vorrichtung zur Erfassung der Hubhöhe einer Kolbenstange innerhalb eines Zylinders, insbesondere Druckmittelzylinder, ist in EP 1 070 856 B1 beschrieben. Es ist bekannt, zur Erfassung der Hubhöhe einer Kolbenstange innerhalb eines Zylinders, Drehwinkelsensoren einzusetzen. Ein Bewegungswandler in Form einer Meßstange, ausgebildet als Stab der in Längsrichtung eine Verwindung aufweist, die durch eine Bohrung beispielsweise in eine Kolbenstange hineinragt und von dieser zwangsgeführt wird, wandelt die Translationsbewegung der Kolbenstange in eine Rotationsbewegung um eine von dem Drehwinkelsensor erfasste Rotationsachse um. Dieser Drehwinkelsensor generiert aus der so erzeugten Drehbewegung wiederrum ein elektrisches Signal, in Abhängigkeit von dem erfassten Drehwinkel, welcher über den Bewegungswandler mit der Hubhöhe der Kolbenstange korreliert.
  • Nachteilig an diesem Aufbau ist jedoch, dass einzelne Komponenten des Zylinders aufwendig an diese Vorrichtung zur Erfassung angepasst werden müssen. Sie erfordern neben den bereits notwendigen hydraulischen Merkmalen der Komponenten, weitere Funktionsmerkmale die mit der Sensoreinrichtung interagieren müssen. Gemeint sind der Boden des Zylindergehäuses, der zur Aufnahme der Sensoreinrichtung ausgelegt werden muss, oder die von innen in Längsrichtung gebohrte Kolbenstange. Da Teile der Sensoreinrichtung bis in den Druckbereich des Zylinders eingreifen, ist außerdem ein weiterer Durchbruch im Zylindergehäuse notwendig, der eine zusätzliche Abdichtung zur Umgebung erfordert. Weitere Nachteile ergeben sich durch die erschwerte Zugänglichkeit zu den einzelnen Komponenten der Sensoreinrichtung, die innerhalb der Geometrie oder des Druckbereiches des Zylinders liegen.
  • Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht somit darin, eine Vorrichtung zur Erfassung der Hubhöhe so zu gestalten, dass sie einfach und vielseitig einsetzbar ist.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art, wobei die Sensoreinrichtung von außen am Zylinder angebracht ist. Hierbei ist denkbar die Sensoreinrichtung fest mit dem Zylinder zu verbinden oder in bevorzugter Weise lösbar an ihm anordnen. Wobei letzteres für Nachrüstungen oder Reparaturen vorteilhaft ist.
  • Infolge dieser Anordnung lässt sich die Hubhöhe der Kolbenstange erfassen, ohne hierzu komponentenveränderliche Maßnahmen am Zylinder umzusetzen oder diese bei der konstruktiven Auslegung der Zylinder zu berücksichtigen. Es sind keine zusätzlichen Durchbrüche, zu den bereits bestehenden Fluid-Anschlussöffnungen und der Kolbenstangendurchführung im Zylinderkopf erforderlich, wodurch die Gefahr einer späteren Leckage durch defekte Dichtungen deutlich reduziert wird. Außerdem besteht hierdurch die Möglichkeit Drehwinkelsensoren mit unterschiedlichen Abmessungen zu verwenden, die zumindest annähernd von der Geometrie des Zylinders unabhängig sind. Des Weiteren ist bei einer notwendigen Reparatur und/oder einem Austausch der Sensoreinrichtung die Demontage des Zylinders nicht zwingend erforderlich, sodass der Montageaufwand erheblich reduziert wird.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung zur Erfassung der Hubhöhe ist der Bewegungswandler als Getriebe ausgeführt, welcher angetrieben von den Translationsbewegungen der Kolbenstange zu einer Rotationsbewegung um die erfasste Rotationsachse des Drehwinkelsensors führt. Das Getriebe kann aus zwei Komponenten bestehen, wobei hiervon zumindest eine lösbar mit der Kolbenstange verbunden ist. Hierdurch lassen sich, durch eine bedarfsorientierte Wahl der Getriebeeigenschaften, unterschiedliche Übersetzungen für die Bewegungswandlung erzielen, wodurch ein besonders genaues Messverfahren ermöglicht wird.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ragt der Bewegungswandler zumindest teilweise in die Führungsbahn des Führungsgliedes und wird durch diese formschlüssig zwangsgeführt. Dies ermöglicht eine besonders sichere Positionsänderung des Bewegungswandlers und führt so zu einer geringen Fehleranfälligkeit des Messverfahrens. Die Führungsbahn kann hierbei abhängig von der erforderlichen Messauflösung gestaltet sein.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Bewegungswandler als Hebel ausgeführt und um die Rotationsachse des Drehwinkelsensors drehbar gelagert. Somit lässt sich die Position des Drehwinkelsensors beliebig weit von der Kolbenstange entfernen. Wodurch eine flexiblere Positionierung der Sensoreinrichtung erzielt wird. Außerdem wird durch die direkte Kopplung des Hebels an der Rotationsachse des Drehwinkelsensors eine sehr hohe Genauigkeit erzielt, die nahezu ohne Übertragungsverluste zwischen der Kolbenstange und dem Drehwinkelsensor auskommt. Des Weiteren lässt sich durch die nahezu freie Wahl der Hebellänge die Übertragungsgenauigkeit bzw. Messgenauigkeit der Sensoreinrichtung beeinflussen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung verläuft die Führungsbahn zumindest teilweise nicht parallel zur Linearachse der Kolbenstange. Vorzugsweise ist die Kontur der Führungsbahn so ausgestaltet, dass in jedem Fall, während der Durchquerung des Bewegungswandlers des nicht parallelen Bereiches der Führungsbahn zur Linearachse der Kolbenstange, eine Kontaktfläche mit einem hineinragenden Teil des Bewegungswandlers entsteht. So wird erreicht, dass durch die Hubbewegung der Kolbenstange, dem hineinragenden Teil des Bewegungswandlers, durch die begrenzende Innenkontur der Führungsbahn, eine zumindest annähernd spielfreie Verschiebung quer zur Linearachse der Kolbenstange aufgezwungen wird.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist die Führungsbahn so ausgebildet, dass sie zumindest einen linearen Abschnitt aufweist, dass der lineare Abschnitt einen Winkel im Betrag größer null Grad zur Linearachse der Kolbenstange einschließt Hierdurch lassen sich abschnittsabhängige Auflösungsstufen der Bewegungsumwandlung gestalten. Vorzugsweise werden so Abschnitte der Führungsbahn mit einem stumpferen Winkel zur Linearachse der Kolbenstange gestaltet, um einen größeren Signalausschlag des Drehwinkelsensors während der Durchquerung für die Erfassung kritischer Hubbereiche zu erlangen. Kritische Hubbereiche, wie beispielsweise kurz vor der Endlage der Kolbenstange, lassen sich so genauer betrachten.
  • Außerdem ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erfassung der Hubhöhe bevorzugt, bei welcher die Führungsbahn zumindest einen zur Linearachse der Kolbenstange zumindest annähernd parallel verlaufenden Endbereich aufweist. Durch die parallel verlaufenden Endbereiche kann unter anderem eine Pufferzone für einen schonenden Einlauf und/oder Auslauf des Bewegungswandlers in die bzw. aus der Führungsbahn genutzt werden. Ruckartige Stöße der Kolbenstange, die vor allem in den Endlagen auftreten, werden so zumindest annähernd nicht an die Sensorvorrichtung und den vorgeschalteten Mechanismus weitergegeben. Außerdem ergibt sich hierdurch die Möglichkeit nur bestimmte Zwischenbereiche von Hubbewegungen zu erfassen und die Endbereiche hiervon auszuschließen bzw. auszublenden, um so eine längere Haltbarkeit des Sensors zu gewährleisten. Des Weiteren können diese Bereiche nicht relevante Ruhestellungen der Kolbenstange darstellen.
  • In einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Bewegungswandler konzentrisch zur Rotationsachse des Drehwinkelsensors ausgebildet und mit dem Führungsglied gekoppelt. Der Bewegungswandler kann so als ein angetriebenes Sensorelement, z.B. der Sensorwelle des Drehwinkelsensors fungieren. Dies hat den Vorteil, dass zusätzlich Bauraum in der lokalen Umgebung des Zylinders eingespart werden kann. Die durch die Kolbenstange beschleunigte Masse der Sensoreinrichtung wird in dieser Ausführungsform ebenfalls minimiert und erhöht so den Wirkungsgrad des Messprinzips.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Sensoreinrichtung und/oder das Führungslied, in Richtung der Linearachse der Kolbenstange verschiebbar angeordnet. Durch die Verschiebbarkeit lassen sich unterschiedliche Hub-Bereiche mit ein und denselben Bauteilen der Sensorvorrichtung messen. Ist beispielsweise nur ein Bereichsabschnitt in der oberen Stellung der Kolbenstange interessant, kann die gesamt Vorrichtung in den oberen Bereich der Kolbenstange bzw. des Zylinders verschoben werden. Außerdem lässt sich die Sensoreinrichtung flexibel an variierende Einsatzorte eines Zylinders anpassen.
  • Ferner ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung bevorzugt, in der das Führungsglied an der Kolbenstange und die Sensoreinrichtung an dem Zylinder lösbar befestigt ist. Dabei weißt das Führungsglied einen Freiheitsgrad längs zur Linearachse der Kolbenstange auf und bildet so das verschiebbare Element der Vorrichtung. Hierbei sind der Drehwinkelsensor und der Bewegungswandler ortsfest mit dem Zylinder verbunden, wodurch beispielsweise Vibrationseinflüsse auf die Sensormesswerte reduziert werden. Durch die reversible Verbindung, zwischen dem Führungsglied und der Kolbenstange und der Sensoreinrichtung und dem Zylinder, kann des Weiteren eine leichte Austauschbarkeit der Mess-Vorrichtung erzielt werden. Dies ist vor allem im Falle eines Defektes des Zylinders und/oder der Sensoreinrichtung vorteilhaft.
  • In einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind das Führungsglied an dem Zylinder und die Sensoreinrichtung an der Kolbenstange lösbar befestigt. Hierdurch bildet der Drehwinkelsensor den verschiebbaren Teil der Vorrichtung, linear zur Kolbenstange. Das Führungsglied wird ortsfest am Zylinder befestigt. Durch die reversible Verbindung, zwischen dem Führungsglied und dem Zylinder und der Sensoreinrichtung und der Kolbenstange, kann des Weiteren eine leichte Austauschbarkeit der Mess-Vorrichtung erzielt werden. Dies ist vor allem im Falle eines Defektes des Zylinders und/oder der Sensoreinrichtung vorteilhaft.
  • Darüber hinaus ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung bevorzugt, bei der der Bewegungswandler als Zahnrad und das Führungsglied als Zahnstange ausgeführt ist. Hierdurch lässt sich die Messauflösung bzw. Genauigkeit der MeßVorrichtung durch eine einfache Variation der Übersetzung anpassen. Dies erfolgt beispielsweise anhand unterschiedlicher Zahnraddurchmesser. Außerdem kann durch Auswahl der Zähnezahl weiterer Einfluss auf die Genauigkeit der Übertragung bzw. Messung ausgeübt werden. Außerdem kann durch diese Ausgestaltung eine besonders bauraumsparende Mess-Vorrichtung umgesetzt werden.
  • Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der Beispielsbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Die Zeichnungen zeigen
    • Fig.1
    ein Druckmittelzylinder, bei welchem die erfindungsgemäße Vorrichtung verbaut ist in einer perspektivischen Darstellung;
    Fig.2
    die Vorrichtung gemäß Fig. 1 im vergrößerten Maßstab in einer perspektivischen Darstellung;
    Fig.3
    die erfindungsgemäße Vorrichtung nach Fig.1 mit einem Winkel zwischen der Führungsbahn und der Linearachse der Kolbenstange; und
    Fig.4
    in Übersichtsdarstellung die erfindungsgemäße Vorrichtung nach Fig.1 in drei unterschiedlichen Stellungen in Abhängigkeit der Hubhöhe der Kolbenstange in einer Vorderansicht, die mit Stellung 1, Stellung 2, Stellung 3 bezeichnet sind.
  • Eine Vorrichtung befestigt an einem Druckmittelzylinder zur Erfassung der Hubhöhe H einer Kolbenstange 2 ist in Fig. 1 gezeigt. Die Vorrichtung umfasst eine Sensoreinrichtung 3, bestehend aus einem Drehwinkelsensor 4, einem Bewegungswandler der als Hebel 5 ausgebildet ist, und ein Führungsglied 6 mit einer darin eingelassenen Führungsbahn 7, die zumindest einen Endbereich X1 aufweist.
  • Die Sensoreinrichtung 3 ist in der in Fig. 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsform lösbar mit Schellen 9 am Zylinder befestigt, während das Führungsglied 6 lösbar mit einem Klemmelement 8 an der Kolbenstange 2 befestigt ist. Alternativ können in einer nicht gezeigten Ausführungsform die Sensoreinrichtung 3 und das Führungsglied 6 in ihrer Anordnung vertauscht sein, sodass die Sensoreinrichtung 3 beweglich mit der Kolbenstange 2 verbunden ist und das Führungsglied 6 ortsfest am Zylinder 1 fixiert ist.
  • Die bevorzugten lösbaren Befestigungsformen dienen zum einen der Verschiebung der gesamten Vorrichtung entlang des Zylinders 1, um bei Bedarf einen variablen Hubbereich anhand der Vorrichtung erfassen zu können. Zum anderen wird hierdurch eine Austauschbarkeit einzelner Komponenten der Vorrichtung gewährleistet. Die Verbindung zwischen dem Führungsglied 6 und der Kolbenstange 2 bewirkt, dass die translatorische Bewegung F der Kolbenstange 2 sich auf das Führungsglied 6 überträgt, so dass die Kolbenstange 2 und das Führungsglied 6 gemeinsam verschoben werden, wobei das Klemmelement 8 als Mitnehmer für das Führungsglied 6 dient. Der Drehwinkelsensor 4 erfasst rotatorische Bewegungen R um seine Rotationsachse R'. Um die Translationsbewegung F der Kolbenstange 2 in die Rotationsbewegung R zu wandeln, wird zwischen dem Führungsglied 6 und dem Drehwinkelsensor 4 der Hebel 5 eingesetzt. Der Hebel 5 ist um die Rotationsachse R' des Drehwinkelsensors 4 drehbar gelagert. Das gegenüberliegende Ende des Hebels 5 wird formschlüssig von der Führungsbahn 7 umschlossen und von dieser zwangsgeführt.
  • Alternativ zur abgebildeten Ausführungsform kann die Umwandlung der Translationsbewegung F in eine Rotationsbewegung R mit einem alternativen Getriebe erfolgen. Der abgebildete Endbereich X1 kann dazu dienen den Hebel in einer Endstellung der Kolbenstange 2 zu entlasten und vor ruckartigen Beschleunigungen zu schützen. So erhöht sich die Haltbarkeit der Sensoreinrichtung 3.
  • Wie in Fig. 2 zu sehen ist, ist der Hebel 5 so ausgestaltet, dass er in die Führungsbahn 7 hinein ragt und durch die Kontur der Führungsbahn 7 formschlüssig zwangsgeführt wird. Die Kontur der Führungsbahn 7 umschließt den Hebel 5, so dass eine möglichst sichere Übertragung der Bewegung gewährleistet ist. Diese Anordnung bedingt, dass eine direkte Abhängigkeit der Bewegungen dieser beiden Komponenten zueinander besteht. In einer alternativen nicht gezeigten Ausführungsform kann anstelle des Hebels 5, der Bewegungswandler konzentrisch zur erfassten Rotationsachse R' des Drehwinkelsensors 4 ausgestaltet sein und so gleichzeigt als Sensorwelle dienen. In diesem Fall wäre eine vom Führungsglied 6 dem Bewegungswandler aufgeprägte Rotationsbewegung R direkt erfassbar. In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform kann der Bewegungswandler als Zahnrad ausgebildet sein, welches mit einem als Zahnstange ausgebildeten Führungsglied 6 korrespondiert.
  • Wie in Fig. 3 zu sehen ist, weist zumindest ein Abschnitt der Führungsbahn 7 einen nicht parallelen Verlauf zur Linearachse F' der Kolbenstange 2 auf. Der Winkel β, den der betreffende Abschnitt X2 und die Linearachse F' der Kolbenstange einschließen, ist im Betrag größer null. Durch die Größe des eingeschlossenen Winkels β wird der Sensoreinrichtung 3 ein bestimmtes Übersetzungsverhältnis vorgegeben, mit der der Ausschlag des Hebels 5 bzw. das Signal des Drehwinkelsensors 4 in Abhängigkeit der translatorischen Bewegung F der Kolbenstange 2 beeinflusst werden kann.
  • Alternativ zur dargestellten Ausführungsform kann die Führungsbahn 7 mehrere Abschnitte mit unterschiedlichen Winkeln β zur Linearachse F' der Kolbenstange 2 aufweisen, um einzelne Hubbereiche unterschiedlich fein aufzulösen. In Fig. 4 ist die erzwungene Rotationsbewegung R des Hebels 5 um die Rotationsachse R' des Drehwinkelsensors 4 mit einem Winkel α1-α3 in den derart dargestellten Stellungen angegeben. Hierzu ist der Zylinder 1 mit der Vorrichtung in drei unterschiedlichen Positionen der Kolbenstange 2 gezeigt. Der Betrag des Winkels α1-α3 ist abhängig von der jeweiligen Hubhöhe H der Kolbenstange und der damit verbundenen Translationsbewegung F in Richtung der Linearachse F' der Kolbenstange 2. Mit dem Winkel α1 gemäß Stellung 1, befindet sich die Kolbenstange 2 in einer eingefahrenen Position, wobei sich der Hebel 5 in der oberen Stellung befindet. Mit dem Winkel a2 gemäß Stellung 2, befindet sich die Kolbenstange 2 in einer mittleren Position, wobei der Hebel 5 durch die Führungsbahn 7 in Mittelstellung verschoben ist. Mit dem Winkel α3 gemäß Stellung 3, befindet sich die Kolbenstange 2 in einer ausgefahrenen Position, wobei der Hebel 5 sich nun in einer unteren Stellung befindet. Die Hubhöhe H steht folglich über die Vorrichtung, das heißt die dem Hebel 5 aus der Linearbewegung F des Führungsgliedes 6 mit der Kolbenstange 2 aufgeprägten Rotationsbewegung R, im direkten Zusammenhang mit der vom Drehwinkelsensor 4 erfassten Rotationsbewegung R. Das hieraus resultierende Signal des Drehwinkelsensors 4, kann infolgedessen zur Bestimmung der Hubhöhe H ausgewertet werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Zylinder, Druckmittelzylinder
    2
    Kolbenstange
    3
    Sensoreinrichtung
    4
    Drehwinkelsensor
    5
    Bewegungswandler, Hebel
    6
    Führungsglied
    7
    Führungsbahn
    8
    Klemmelement zur Befestigung des Führungsgliedes an der Kolbenstange
    9
    Schelle zur Befestigung der Sensoreinrichtung am Zylinder
    F
    Translationsbewegung
    R
    Rotationsbewegung
    H
    Hubhöhe
    F'
    Linearachse der Kolbenstange
    R'
    Erfasste Rotationsachse des Drehwinkelsensors
    X1
    Endbereich der Führungsbahn
    X2
    linearer Abschnitt der Führungsbahn der in einem Betrag größer null zur Linearachse der Kolbenstange angeordnet ist
    α1-α3
    Rotationsbewegung des Bewegungswandlers
    β
    Einschließender Winkel zwischen Führungsbahn und Linearachse der Kolbenstange

Claims (13)

  1. Vorrichtung zur Erfassung der Hubhöhe (H) einer Kolbenstange (2) innerhalb eines Zylinders (1), insbesondere eines Druckmittelzylinders (1), umfassend eine Sensoreinrichtung (3), die zumindest einen Drehwinkelsensor (4) umfasst und einen Mechanismus zum Umwandeln einer Translationsbewegung (F) in eine Rotationsbewegung (R), umfassend ein Führungsglied (6) welches zumindest eine Führungsbahn (7) aufweist und einen Bewegungswandler (5) der durch die Führungsbahn (7) zwangsgeführt ist, wobei der Drehwinkelsensor (4) mit dem Bewegungswandler gekoppelt ist und dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von der Rotationsbewegung (R) um eine von dem Drehwinkelsensor (4) erfasste Rotationsachse (R') ein elektrisches Signal zu erzeugen dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (4) von außen am Zylinder (1) angebracht ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (4) lösbar von außen am Zylinder (1) angebracht ist.
  3. Vorrichtung nach zumindest einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegungswandler (5) als Getriebe ausgeführt ist.
  4. Vorrichtung nach zumindest einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegungswandler (5) zumindest teilweise in die Führungsbahn (7) des Führungsgliedes (6) hineinragt.
  5. Vorrichtung nach zumindest einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegungswandler (5) als Hebel (5) ausgeführt ist und um die Rotationsachse (R') des Drehwinkelsensors (4) drehbar gelagert ist.
  6. Vorrichtung nach zumindest einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbahn (7) zumindest teilweise nicht parallel zur Linearachse (F') der Kolbenstange (2) verläuft.
  7. Vorrichtung nach zumindest einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbahn (7) zumindest einen linearen Abschnitt (X2) aufweist, dass der lineare Abschnitt (X2) einen Winkel (β) im Betrag größer null Grad zur Linearachse (F') der Kolbenstange (2) einschließt.
  8. Vorrichtung nach zumindest einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbahn (7) zumindest einen zur Linearachse (F') der Kolbenstange (2) zumindest annähernd parallel verlaufenden Endbereich (X1) aufweist.
  9. Vorrichtung nach zumindest einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegungswandler (5) konzentrisch zur Rotationsachse (R') des Drehwinkelsensors (4) ausgebildet ist und mit dem Führungsglied (6) gekoppelt ist.
  10. Vorrichtung nach zumindest einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (3) und/oder das Führungslied (6), in Richtung der Linearachse (F') der Kolbenstange (2) verschiebbar angeordnet ist.
  11. Vorrichtung nach zumindest einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsglied (6) an der Kolbenstange (2) und die Sensoreinrichtung (3) an dem Zylinder (1) lösbar befestigt ist.
  12. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsglied (6) an dem Zylinder (1) und die Sensoreinrichtung (3) an der Kolbenstange (2) lösbar befestigt ist.
  13. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegungswandler (5) als Zahnrad und das Führungsglied (6) als Zahnstange ausgeführt ist
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