ITMI942415A1

ITMI942415A1 - "dispositivo sensore per il riconoscimento di posizione di uno stan- tuffo"

Info

Publication number: ITMI942415A1
Application number: IT94MI002415A
Authority: IT
Inventors: Kurt Stoll; Hans Gerlach-Erhardt; Ralf Medow
Original assignee: Festo Kg
Priority date: 1993-12-08
Filing date: 1994-11-29
Publication date: 1996-05-29
Also published as: IT1271109B; FR2713757B1; DE4341810B4; FR2713757A1; DE4341810A1; GB9423992D0; ITMI942415A0; GB2286049A; GB2286049B

Abstract

Viene proposto un dispositivo sensore per un cilindro (12), contenente uno stantuffo (11) mobile, per il riconoscimento di posizione dello stantuffo (11). Sullo stantuffo (11), o su un elemento connesso con lo stantuffo (11), è disposto un magnete permanente (13, 13a) ove almeno un sensore (15, l5a), disposto sul cilindro (12) presentante una direzione preferita, reagisce all'avvicinamento del magnete permanente (13, 13a). Il magnete permanente (13, 13a) e l'almeno un sensore (15, l5a) sono orientati in modo tale che il campo magnetico (14, 14a) del magnete permanente (13, 13a), al passaggio dell'uno rispetto all'altro agisce ogni volta in senso opposto su questo e perciò provoca due reazioni di sensore differenti, essendo previsti mezzi per la memorizzazione di queste reazioni di sensore.

Description

Descrizione di una domanda di brevetto per invenzione industria le

TESTO DELLA DESCRIZIONE

L'invenzione riguarda un dispositivo sensore per un cilindro, contenente uno stantuffo mobile, per il riconoscimento di posizione dello stantuffo, con un magnete permanente disposto sullo stantuffo o su un elemento connesso con lo stantuffo, ove almeno un sensore disposto sul cilindro, sensibile al campo magnetico, presentante una direzione preferita, reagisce all 'avvicinamento del magnete permanente.

Un simile dispositivo sensore per il riconoscimento di posizione di uno stantuffo è per esempio noto dal brevetto DE-C-3708989. Lì, per mezzo di simili dispositivi sensori, deve venire sorvegliato in particolare il raggiungimento delle zone di posizione di estremità da parte dello stantuffo. Con i dispositivi sensori noti può infatti venire riconosciuto e indicato l'istante nel quale lo stantuffo passa esattamente davanti al dispositivo sensore, inoltre esso si comporta però passivamente e non può dare in alcun modo informazioni sul punto di fermata del sensore. Per molte applicazioni è però desiderabile ottenere simili informazioni, per potere per esempio determinare se lo stantuffo si trova nell'una o nell'altra zona di estremità.

Un compito della presente invenzione consiste quindi nel fatto di realizzare un dispositivo sensore del genere menzionato all'inizio, che non soltanto possa rivelare il raggiungimento della posizione di sensore da parte dello stantuffo, bensì mediante il quale possa venire inoltre determinato se lo stantuffo si trova dall'uno o dall'altro lato del dispositivo sensore .

Questo compito viene risolto secondo l'invenzione per il fatto che il magnete permanente e l'almeno un sensore sono orientati in modo tale che il campo magnetico del magnete permanente, al passaggio dell'uno rispetto all'altro in punti localmente susseguentisi , sostanzialmente parallelamente alla direzione preferita del sensore, ogni volta agisca rivolto in senso opposto su quest'ultimo, e provochi perciò due reazioni di sensore differenti, essendo previsti mezzi per la memorizzazione di queste reazioni di sensore.

A ciascun sorpasso del dispositivo sensore da parte rispettivamente dello stantuffo o del magnete permanente vengono quindi provocate due reazioni di sensore differenti, per esempio segnali di sensore, ove ogni volta viene memorizzato l'ultimo, cosicché i mezzi per la memorizzazione presentano un contenuto di memoria differente, a seconda se lo stantuffo si trova a sinistra o a destra della posizione del sensore. Le possibilità di impiego del dispositivo sensore vengono quindi notevolmente allargate con accorgimenti semplici e realizzabili economicamente, ove la funzione originaria del riconoscimento di posizione al passaggio del dispositivo sensore rimane mantenuta in modo invariato. Un simile dispositivo sensore può quindi sostituire in determinati casi due dispositivi sensori o una logica di riconoscimento dispendiosa.

Grazie agli accorgimenti riportati nelle rivendicazioni dipendenti sono possibili vantaggiosi perfezionamenti e miglioramenti del dispositivo sensore indicato nella rivendicazione 1.

Per ottenere che il campo magnetico del magnete permanente, al passaggio del dispositivo sensore, agisca due volte su questo con orientamenti opposti, per provocare le due reazioni di sensore differenti, o l'asse nord-sud del magnete permanente viene orientato radialmente e la direzione preferita del sensore è orientata parallelamente alla direzione di movimento dello stantuffo, o l'asse nord-sud del magnete permanente viene orientato parallelamente alla direzione di movimento dello stantuffo e la direzione preferita del sensore è orientata radialmente. Una soluzione vantaggiosa per la memorizzazione elettrica delle reazioni di sensore consiste nel fatto che il sensore possiede un elemento elettrico sensibile al campo magnetico, che come reazione di sensore genera segnali elettrici differenti, ove a questo elemento sensibile al campo magnetico è collegata in cascata una memoria di segnale elettrica. Questa memoria di segnale elettrica è eseguita in maniera idonea come comparatore o come circuito bistabile, per esempio come Trigger di Schmitt. In particolare in un comparatore con isteresi come un Trigger di Schmitt è dato un comportamento di commutazione particolarmente sicuro, poiché qui al superamento di una soglia positiva più elevata si ha l'inserzione, e al superamento verso il basso di una soglia negativa più bassa si ha la disinserzione. I due stati di segnale come reazioni di sensore rimangono pertanto memorizzati. Il dispositivo sensore secondo l'invenzione si può quindi produrre in modo semplice ed economico con due componenti comuni in commercio.

Per evitare che alla riaccensione della disposizione sia presente un segnale di memoria casuale, o la memoria di segnale viene alimentata continuamente con una tensione di servizio, o viene previsto uno stadio di segnale di errore, il quale, dopo l'accensione della tensione di alimentazione, fino alla prima reazione del sensore generi un segnale di errore. Questo segnale di errore indica che il segnale di sensore memorizzato al momento non deve essere ancora corretto.

Un'ulteriore vantaggiosa possibilità di una memorizzazione magnetica della reazione di sensore consiste nel fatto che il sensore come memoria di segnale possiede un elemento magnetizzabile e smagnetizzabile, che è in connessione di interazione con un elemento elettrico sensibile al campo magnetico, che come reazioni di sensore genera segnali elettrici differenti .

I mezzi per la riproduzione dei segnali elettrici differenti possono essere mezzi ottici, acustici o elettrici.

L'elemento elettrico sensibile al campo magnetico può essere eseguito come elemento di Hall, come piastra di campo o come bobina di induzione.

Infine vi è ancora una vantaggiosa possibilità di memorizzare meccanicamente le reazioni di sensore. Qui il sensore come memoria di segnale presenta un elemento mobile, magnetico o magnetizzabile, con la sua posizione modificabile da parte del magnete permanente. Preferibilmente l'elemento è disposto orientabile intorno ad un asse, ove sono previsti mezzi per il fissaggio delle due posizioni di estremità di orientamento, e il magnete permanente passante vince questi mezzi. Da ciascuna posizione di estremità di orientamento o in generale dalla posizione di questo elemento mobile si può quindi rileggere da quale lato del dispositivo sensore si trova lo stantuffo.

Esempi d'esecuzione dell'invenzione sono rappresentati nel disegno e spiegati più in dettaglio nella seguente descrizione.

La figura 1 mostra una rappresentazione schematica di una unità a stantuffo-cilindro con due possibilità di disposizione del magnete permanente, disposto sullo stantuffo, e del sensore, disposto sul cilindro,

la figura 2 mostra un diagramma di segnale per l'illustrazione dell'andamento di campo nel sensore al passaggio del magnete permanente,

la figura 3 mostra un primo esempio d'esecuzione per una memorizzazione di segnale elettrica,

la figura 4 mostra un secondo esempio d'esecuzione per una memorizzazione di segnale magnetica, e

la figura 5 mostra un terzo esempio d'esecuzione per una memorizzazione di segnale meccanica.

Secondo la figura 1 uno stantuffo 11, connesso con un'asta di stantuffo 10, è disposto in maniera spostabile in un cilindro 12. Nello stantuffo 11 nella parte superiore di figura 1 è introdotto un magnete permanente 13 in modo tale che il suo asse nord-sud sia orientato radialmente. In questo caso si instaura un campo magnetico 14 agente nello spazio esterno. Dal lato esterno del cilindro 12, per il riconoscimento di posizione è disposto un sensore 15, la cui direzione preferita, indicata da una freccia doppia, è disposta parallelamente alla direzione di movimento dello stantuffo 11, quindi in direzione assiale. Questo sensore 15 può essere introdotto in linea di principio anche nella parete del cilindro 12.

Come riconoscibile dalla figura 1, il sensore 15, al passaggio rispettivamente dello stantuffo il o del magnete permanente 13, nel corso di un movimento orientato verso destra, viene attraversato innanzitutto da un campo magnetico, che è orientato verso destra, e quindi da un campo magnetico che è orientato in maniera opposta, quindi verso sinistra. Le linee di campo attraversanti il sensore 15 in punti susseguentisi localmente dallo stantuffo 11, in questo caso si estendono ciascuna sostanzialmente parallela alla direzione preferita di questo sensore 15.

Nella zona inferiore di figura 1 è rappresentata una disposizione alternativa. Un magnete permanente 13a è introdotto nello stantuffo 11 in modo tale che il suo asse nord-sud si estenda parallelamente alla direzione di movimento dello stantuffo 11, quindi assialmente. In questo caso si forma un campo magnetico 14a. Un sensore 15a è disposto esternamente al cilindro 12 con direzione preferita orientata radialmente.

Al passaggio rispettivamente dello stantuffo 11 o del magnete permanente 13 nel corso di un movimento verso destra il sensore 15 viene quindi attraversato innanzitutto da linee di campo del campo magnetico, estendentisi radialmente verso l'interno, e quindi da linee di campo del campo magnetico del magnete permanente 13a, estendentisi radialmente verso l'esterno.

In figura 2 è rappresentato l'andamento di campo H nel sensore rispettivamente 15 o 15a al passaggio del magnete permanente rispettivamente 13 o 13a. Durante l'avvicinamento il campo magnetico sale innanzitutto fino ad un massimo, che viene quindi raggiunto quando le linee di campo raggiungono la loro massima intensità di campo parallelamente alla direzione preferita del sensore. Successivamente l'intensità di campo cade ripidamente, fino a che le linee di campo orientate in maniera opposta poco dopo raggiungono un massimo orientato in modo opposto, che in figura 2 si rappresenta come un minimo.

Successivamente il campo magnetico, con distanze in aumento del magnete permanente dal sensore, diminuisce nuovamente e va verso zero.

In figura 3 è rappresentato un primo esempio d'esecuzione di un tale sensore 16 con memorizzazione di segnale elettrica e un dispositivo di valutazione. Questo sensore 16 può apparire al posto rispettivamente del sensore 15 o del sensore 15a, con corrispondente orientamento della direzione preferita.

Il sensore 16 è costituito da un elemento di Hall 17, il cui segnale è fornito ad un Trigger di Schmitt 18. Le due uscite complementari del Trigger di Schmitt 18 sono collegate con lampade di indicazione 19, 20. Inoltre queste due uscite sono fornite, attraverso un elemento ODER 21, a uno stadio di commutazione 22 bistabile, il cui secondo ingresso è alimentato da un segnale di inserzione S all'accensione della tensione di alimentazione. Un’uscita dello stadio di commutazione 22 bistabile è collegata con una lampada di riconoscimento di errore 23.

Al passaggio del magnete permanente 13, nell'elemento di Hall 17 viene generato un segnale elettrico, che è sostanzialmente proporzionale all'intensità di campo magnetica, dalla quale è rispettivamente investito l'elemento di Hall. Il segnale elettrico al passaggio del magnete permanente 13 ha quindi un andamento che corrisponde sostanzialmente a quello della curva rappresentata in figura 2. Il Trigger di Schmitt 18 possiede una soglia di commutazione Sp positiva superiore e una soglia di commutazione Sn negativa inferiore. Nella posizione rappresentata in figura 1 dello stantuffo 11, il segnale di uscita del Trigger di Schmitt 18 sia eseguito, per il comando della lampada di indicazione 19, innanzitutto come segnale 1, cosicché la lampada di indicazione 19 sia accesa e la lampada di indicazione 20 non sia accesa. Nel punto XI viene superata verso il basso la soglia di commutazione Sn inferiore, cosicché il Trigger di Schmitt commuta, ciò significa che la lampada di indicazione 19 si spegne e viene accesa la lampada di indicazione 20. L’accensione della lampada di indicazione 20 indica allora che lo stantuffo adesso, rispetto alla figura 1, si trova a destra del sensore. Con movimento all1indietro opposto dello stantuffo, il Trigger di Schmitt viene nuovamente commutato, quando viene superata la soglia di commutazione Sp superiore. Ciò significa che sempre una delle due lampade di indicazione 19, 20 è accesa e indica quindi da quale lato del sensore si trova lo stantuffo. Contemporaneamente, grazie all'istante di commutazione, viene riconosciuta la posizione dello stantuffo 11 rispetto al sensore.

Al posto del dispositivo di indicazione mediante due lampade di indicazione 19, 20, dato come semplice esempio, naturalmente può avvenire anche in maniera corrispondente una valutazione tramite uno strumento di indicazione, un calcolatore, una stampante o simili.

All'accensione della tensione di funzionamento il Trigger di Schmitt 18 si trova o in uno stato casuale o in uno stato definito, che però non riproduce la posizione dello stantuffo 11. Per rendere riconoscibile questo stato, all'accensione della tensione di funzionamento, da parte del segnale S viene azionato lo stadio di commutazione 22 bistabile, cosicché si accende la lampada di riconoscimento di errore 23. Soltanto quando il Trigger di Schmitt 18 commuta la prima volta sulla base di un passaggio del magnete permanente 13, lo stadio di commutazione 22 bistabile viene azzerato tramite l'elemento ODER 21, affinché si spenga la lampada di riconoscimento di errore 23. Soltanto dopo lo spegnimento della lampada di riconoscimento di errore 23 viene perciò riprodotta dalle lampade di indicazione 19, 20 correttamente la posizione dello stantuffo il.

Al posto dell'elemento di Hall 17 in linea di principio naturalmente può apparire anche un altro elemento sensibile al campo magnetico, per esempio una piastra di campo o una bobina di induzione. Inoltre, al posto del Trigger di Schmitt 18, può trovarsi un altro comparatore con o senza isteresi o uno stadio bistabile.

Nel secondo esempio d'esecuzione rappresentato in figura 4, come mezzi per il riconoscimento di posizione, è previsto un nucleo ferromagnetico 24, che al passaggio del magnete permanente rispettivamente 13 o 13a, viene rispettivamente magnetizzato o smagnetizzato. Lo stato di magnetizzazione di questo nucleo ferromagnetico 24 viene rilevato da un elemento di Hall 25 o da un altro elemento sensibile al campo magnetico. Il suo segnale di uscita viene alimentato ad un dispositivo di valutazione e di indicazione 26, che in funzione dello stato di magnetizzazione rilevato rappresenta le due posizioni dello stantuffo a sinistra e a destra del sensore. Poiché lo stato di magnetizzazione rimane mantenuto nel nucleo ferromagnetico 24, all'accensione della tensione di alimentazione è immediatamente presente un 1indicazione di posizione corretta.

Nel terzo esempio d'esecuzione, rappresentato in figura 5, un magnete a barretta 27 è disposto in maniera orientabile su un'articolazione 28. In entrambe le posizioni di estremità di orientamento, il magnete a barretta 27 è ogni volta in contatto elettrico con uno dei due arresti di estremità 29, 30. Questi arresti di estremità 29, 30 sono collegati ciascuno con le lampade di indicazione 19 e 20, il cui secondo terminale è collegato elettricamente con l'articolazione 28 tramite una sorgente di tensione 31. Una molla non rappresentata mantiene il magnete a barretta 27 ogni volta elasticamente su uno dei due arresti di estremità 29, 30, ove la forza della molla è dimensionata in modo tale che venga vinta al passaggio del magnete permanente 13 o 13a.

Quando la disposizione secondo la figura 5 assume la posizione del sensore 15a in figura 1, allora al sorpasso dello stantuffo 11 o del magnete permanente 13a il magnete a barretta 27 viene innanzitutto deviato verso l'arresto di estremità 29 e quindi verso l'arresto di estremità 30. Lì esso assume allora la sua posizione. Al movimento di ritorno e al passaggio dello stantuffo 11 esso viene mosso nuovamente verso l'arresto di estremità 29. Quando allora il magnete a barretta 27 si trova all'arresto di estremità 30, cosa che è riconoscibile per mezzo di una lampada di indicazione 20 accesa, allora lo stantuffo 11 secondo la figura 1 si trova a destra del sensore 15a, e quando il magnete a barretta 27 si trova all'arresto di estremità 29, cosicché la lampada di indicazione 19 è accesa, allora esso si trova a sinistra del sensore 15a.

Al posto del magnete a barretta 27 orientabile, in linea di principio può essere previsto anche un altro magnete permanente, che possa essere spostato in diverse posizioni al passaggio dello stantuffo 11, per esempio un magnete permanente a mò di stantuffo spostabile parallelamente o perpendicolarmente rispetto al movimento dello stantuffo. Anche il rendere nota ciascuna posizione rispettivamente del magnete permanente e del magnete a barretta 20 può avvenire in maniera diversa, come è stato già spiegato in relazione alla figura 3.

Al posto del magnete permanente 13a naturalmente in linea di principio possono essere posti anche due magneti permanenti disposti l'uno accanto all'altro, orientati radialmente, che presentano poli magnetici differenti radialmente verso l'esterno.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo sensore per un cilindro contenente uno stantuffo mobile, per il riconoscimento di posizioni dello stantuffo, con un magnete permanente, disposto sullo stantuffo o su un elemento connesso con lo stantuffo, ove almeno un sensore disposto sul cilindro, sensibile al campo magnetico, presentante una direzione preferita, all'avvicinamento del magnete permanente reagisce, caratterizzato dal fatto che il magnete permanente (13, 13a) e l'almeno un sensore (15, 15a; 16; 24, 25; 27-30) sono orientati in modo tale che il campo magnetico (14, 14a) del magnete permanente (13, 13a), al passaggio dell'uno rispetto all'altro in punti localmente susseguentisi , sostanzialmente parallelamente alla direzione preferenziale del sensore (15, 15a; 16; 24, 25; 27-30) agisce ogni volta orientato in senso opposto su questo ultimo, e provoca perciò due reazioni di sensore differenti, essendo previsti mezzi per la memorizzazione di queste reazioni di sensore.
2. Dispositivo sensore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'asse nord-sud del magnete permanente (13) è orientato radialmente e la direzione preferita del sensore (15) è orientata parallelamente alla direzione di movimento dello stantuffo (11).
3. Dispositivo sensore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'asse nord-sud del magnete permanente (13a) è orientato parallelamente alla direzione di movimento dello stantuffo (11) e la direzione preferita del sensore (ISa) è orientata radialmente.
4. Dispositivo sensore secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che il sensore (16) possiede un elemento (17) elettrico sensibile al campo magnetico, che genera come reazione di sensore differenti segnali elettrici e al quale è collegata in cascata una memoria di segnale (18) elettrica.
5. Dispositivo sensore secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che la memoria di segnale (18) elettrica è eseguita come comparatore o come circuito bistabile.
6. Dispositivo sensore secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che la memoria di segnale (18) elettrica è eseguita come Trigger di Schmitt.
7. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 4 a 6, caratterizzato dal fatto che la memoria di segnale (18) elettrica è alimentata continuamente con una tensione di servizio.
8. Dispositivo sensore secondo una delle rivendicazioni da 4 a 6, caratterizzato dal fatto che è previsto uno stadio di segnalazione di errore (22) che, dopo l'accensione della tensione di alimentazione, genera un segnale di errore fino alla prima reazione del sensore (16).
9. Dispositivo sensore secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che il sensore come memoria di segnale possiede un elemento (24) magnetizzabile e smagnetizzabile, che è in connessione efficace con un elemento (25) elettrico sensibile al campo magnetico, il quale come reazione di sensore genera segnali elettrici differenti.
10. Dispositivo sensore secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che l'elemento (24) magnetizzabile e smagnetizzabile è eseguito come nucleo ferromagnetico.
11. Dispositivo sensore secondo una delle rivendicazioni da 4 a 10, caratterizzato dal fatto che sono previsti mezzi (19, 20) per la riproduzione dei segnali elettrici differenti.
12. Dispositivo sensore secondo una delle rivendicazioni da 4 a 11, caratterizzato dal fatto che l'elemento (17/ 25) elettrico sensibile al campo magnetico è eseguito come elemento di Hall, come piastra di campo o come bobina di induzione.
13. Dispositivo sensore secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che il sensore come memoria di segnale presenta un elemento (27) mobile, magnetico o magnetizzabile, con la sua posizione variabile da parte del magnete permanente (13, 13a).
14. Dispositivo sensore secondo la rivendicazione 13, caratterizzato dal fatto che l'elemento (27) è disposto orientabile intorno ad un asse, essendo previsti mezzi per la determinazione delle due posizioni di estremità di orientamento, e il magnete permanente (13, 13a) al passaggio supera questi mezzi. li tutto come sostanzialmente descritto, illustrato, rivelidicato e per gli scopi ivi specificati.