WO2008101530A1 - Actuator having a position measuring device - Google Patents

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WO2008101530A1
WO2008101530A1 PCT/EP2007/010268 EP2007010268W WO2008101530A1 WO 2008101530 A1 WO2008101530 A1 WO 2008101530A1 EP 2007010268 W EP2007010268 W EP 2007010268W WO 2008101530 A1 WO2008101530 A1 WO 2008101530A1
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antenna
conductor
actuator according
actuator
partial ring
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PCT/EP2007/010268
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Thomas Reininger
Lothar Geisbusch
Marcus Maier
Christian Bretz
Matthias Von Zeppelin
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Festo Ag & Co. Kg
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Publication date
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    • H01Q9/26—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole with folded element or elements, the folded parts being spaced apart a small fraction of operating wavelength
    • H01Q9/265—Open ring dipoles; Circular dipoles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F15B15/20—Other details, e.g. assembly with regulating devices
    • F15B15/28—Means for indicating the position, e.g. end of stroke
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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Definitions

  • the invention relates to an actuator, in particular a pneumatic cylinder, with a movably arranged in a movement space of a housing actuator member and a microwave position measuring device for determining the position of Aktorglieds in the movement space and with a microwave antenna arrangement for transmitting microwaves in the waveguide forming a movement space and for receiving reflection microwaves from the movement space formed by reflection of the transmitted microwaves on the actuator member.
  • Such a microwave position measuring device is, for example, the subject of the non-prepublished European patent application 05 027 443.2.
  • the coupling probe is housed in the lid of a pneumatic cylinder.
  • the coupling probe is located on an end face at the end of the movement space in the interior of a recess into which a projection on the actuator member, namely the piston of the pneumatic cylinder, can penetrate.
  • the recess is for example part of a damper arrangement for braking the end speed of the piston.
  • the arranged at the end of the movement space antenna is exposed to mechanical stress. Furthermore, this antenna form is not suitable for excitation of any type of hollow conductor.
  • ter wave types for example, not for microwaves in HIl mode.
  • Antennas for HII microwaves are generally rod-shaped and protrude laterally to approximately the middle of the circular waveguide. Such antennas then stand in the way of the movement of the actuator member, for example of the piston.
  • the microwave antenna assembly comprises an antenna with a partially annular, extending around a free space partial ring antenna conductor.
  • the free space is suitable, for example, as a penetration space for the actuator member or a projection arranged thereon, for example a damper or brake projection of a damper arrangement or brake arrangement which decelerates the actuator element in the region of an end position.
  • the antenna is not in the way of the actuator member or any other moving component.
  • the antenna allows a transition from a coaxial line wave, a so-called TEM microwave in a HIl microwave, which is also referred to as TEll wave.
  • the position measuring device according to the invention can be operated at low frequencies. For example, compared to an EO1 wave, the operating frequency is about 30% smaller.
  • an actuator housing such as a pneumatic cylinder having an inside diameter of 40 mm
  • a HII shaft may already be used above 4.4 GHz, while an E01 microwave would only propagate at 5.7 GHz or more in the waveguide.
  • the reflection behavior in the HII microwaves is better than in EOl microwaves.
  • the movable actuator member reflects the microwaves generated by means of e.g. a coupling probe of the microwave antenna assembly are coupled into the movement space.
  • the position measuring device determines a position of the actuator member in its movement space.
  • the position measuring device measures e.g. the distance of the Aktorglieds from an end stop in the microwave antenna array.
  • the actuator e.g. an electric and / or fluid power drive
  • the actuator has a housing with an electrically conductive movement space in which an actuator member, such as a rotor of an electric motor or a piston of a pneumatic drive, is arranged to be movable.
  • the actuator is expediently a linear actuator.
  • the actuator member is then linearly movable. Even with a rotary or rotary actuator principle of the invention can be used.
  • the actuator can be driven electrically and / or fluidically, for example pneumatically or hydraulically. Also, a so-called hybrid drive, which is electrically and fluid technically driven, is advantageous.
  • a further variant of the invention can provide that the position measuring device forms part of a fluid valve forms, for example, a pneumatic valve.
  • the actuator member is in this case, for example, the valve member of the fluid valve, for example a drive piston, with which the valve member is pneumatically driven.
  • the partial ring antenna conductor advantageously correlates with an inner contour of the waveguide transversely to the propagation orientation of the microwaves.
  • the partial ring antenna conductor runs parallel to the inner contour.
  • This inner contour is expediently present at least in a main portion of the movement space.
  • the partial ring antenna conductor correlates with an inner contour of the free space, that is, runs parallel to this inner contour. Namely, the partial ring antenna conductor runs as close as possible to the free space or penetration space for the actuator member or its projection, so that a distance between the partial ring antenna conductor and an inner wall in the main portion of the movement space is as large as possible.
  • the ring profile of the partial ring antenna conductor can be annular, for example if the movement space likewise has a circular cross section. It is understood that even polygonal, for example rectangular or square, elliptical or otherwise rounded shape of the annular ring antenna conductor are possible.
  • the partial ring antenna conductor is expediently coupled with an antenna connecting conductor to a high-frequency device for generating and / or receiving microwaves.
  • This coupling can be direct, that is to say there is an electrically conductive connection (also DC-conducting connection) between the partial ring antenna conductor and the high-frequency arrangement.
  • preference is given to a contactless coupling which will be described in detail later.
  • the antenna connection conductor for direct connection or contactless coupling to the high-frequency device is expediently arranged between the partial ring arms of the partial ring antenna conductor, so that a fork-shaped antenna structure is formed.
  • the arms are advantageously the same length, that is, the antenna connection conductor is located centrally between the partial ring arms.
  • an asymmetrical length of the partial ring arms can also be advantageous, for example for adaptation to the type of actuator housing, for adaptation of the input impedance of the antenna to the high-frequency device or the like.
  • the partial ring arms advantageously have about one quarter of the wavelength of the microwaves at the respective operating frequency of the position measuring device. But there are also longer or shorter partial ring arms possible.
  • the position measuring device for transmitting and receiving microwaves can be configured with constant or with different frequencies, wherein first operating frequencies for position determination of the actuator member and second operating frequencies can be used to calibrate the position measuring device.
  • first operating frequencies for position determination of the actuator member and second operating frequencies can be used to calibrate the position measuring device.
  • Each of these frequencies can advantageously be transmitted and / or received with the sub-ring antenna according to the invention.
  • the above-mentioned contactless coupling of the antenna with a high-frequency device for generating and / or receiving microwaves is in itself an independent invention.
  • the contactless coupling can also be realized with other antenna designs, eg dish-like antennas.
  • the assembly of the position measuring device and thus also the actuator is simplified because no or only a few electrical connections are to be made.
  • the contact Loose coupling is, so to speak, a pure radiation coupling.
  • Conductive direct current connections between the antenna structure, eg the partial ring antenna conductor, and a feed line leading to the high-frequency device are not necessary.
  • the components of the coupling arrangement or of the antenna arrangement can also be produced by means of a coating technique, wherein the assembly is simple due to the contactless coupling.
  • a coupling section of the antenna connection conductor of the antenna and a coupling conductor of the coupling arrangement expediently run parallel.
  • the coupling conductor has expediently a length which corresponds to a quarter of the wavelength of the microwaves at their respective operating frequency.
  • the coupling conductor is at its input end via a
  • Feed line connected to the high-frequency device and electrically connected at its opposite output end, the free end, with the waveguide.
  • This electrical connection can be realized directly or for example via a holding element for the coupling device.
  • this short circuit is on the input side as idle, since the coupling conductor has a length which corresponds to a quarter of the wavelength of the microwaves at the operating or operating frequency. The coupling conductor thus transforms a short circuit at the end into an open circuit at the input or vice versa.
  • the coupling arrangement expediently comprises a Lecher line.
  • the parallel conductors namely the coupling conductor and the coupling portion of the antenna connecting conductor are open at their respective ends. But it would also be possible to connect the two conductors at their ends.
  • the coupling arrangement can advantageously be constructed with coaxial conductors or strip conductors.
  • the coupling section of the antenna connection conductor and the partial ring antenna conductor are expediently at an angle to one another, for example at right angles.
  • a space-saving design is realized.
  • the feed line is expediently a coaxial line.
  • a so-called semirigid line or solid-clad line is advantageous.
  • the components of the microwave antenna arrangement and / or the coupling arrangement are advantageously configured as plug-in components during assembly.
  • This concerns for example, the partial ring antenna conductor, which is used as an insert element in preferably a cover of the actuator housing.
  • a holder is provided on which a ground surface for the coupling conductor is present.
  • the microwave antenna arrangement or the coupling arrangement are expediently formed at least partially by coatings applied to a dielectric. This can For example, done by physical or chemical coating.
  • the so-called MID technique a sputtering of electrically conductive layers or a volume coating are also advantageous.
  • the partial ring antenna conductor can be realized in these ways.
  • Protective means for the antenna are advantageous, in particular for the partial ring antenna conductor.
  • the partial ring antenna conductor is potted.
  • the components of the coupling arrangement are advantageously protected. Again, a casting would be possible.
  • the partial ring antenna conductor is preceded by a stop body for the actuator element or a protective body. It is also possible for the partial ring antenna conductor to be arranged on a stop body, but to the extent offset and protected so far that the projection arranged by the actuator member or a projection arranged thereon is not damaged.
  • the stop body advantageously has a recess which provides a penetration space for the actuator member or a projection arranged on the actuator member.
  • the partial ring antenna conductor is expediently arranged in the region of a brake arrangement for decelerating an end speed of the actuator member at its respective actuator housing end stop.
  • the partial ring antenna conductor can also be used in ne assembly of the brake assembly be integrated, for example, the aforementioned stop body.
  • FIG. 1 shows a schematic longitudinal section of an actuator according to the invention with a position-measuring device according to the invention, approximately corresponding to a line A-A in FIG. 5, FIG.
  • FIG. 2a shows a cross-sectional view of the position measuring device according to FIG. 1, approximately corresponding to a line
  • FIG. 2b shows variants of the position measuring device according to FIG. 2a with shorter and longer partial ring antenna arms
  • FIG. 3 shows a detailed exploded view of a cover of an actuator housing according to FIG. 1 and of components of the position measuring device
  • FIG. 4 shows the cover according to FIG. 3 in partially assembled state
  • Figure 5 shows the lid of Figure 4 in fully assembled condition
  • Figure 6 shows an alternative geometric embodiment of a position measuring device according to the invention.
  • An actuator member 11 of an actuator 10a is linearly reciprocally arranged in an actuator housing 12.
  • the actuator member 11 is a piston 13 which is driven by compressed air connections 14, 15 feedable compressed air 16 from a compressed air source, not shown.
  • compressed air connections 14, 15 feedable compressed air 16 from a compressed air source, not shown.
  • the piston 13 between end stops 17, 18 on lids 19, 20 can be driven.
  • a between the covers 19, 20 arranged central portion 21 of the housing 12 forms a movement space 22 for the actuator member 11 on the piston 13, a piston rod 23 is arranged, which penetrates an opening 24 on the cover 20, where expediently a seal is arranged.
  • the movement space 22 in the present case has a circular diameter, wherein polygonal, elliptical or other geometries are likewise conceivable.
  • An inner wall 25 of the middle part 21 and further wall regions of the housing 12 described below are electrically conductive.
  • these components are made of metal or are coated electrically conductive.
  • the actuator member 11 is electrically conductive.
  • a waveguide 26 is formed.
  • a position measuring device 30 serves to detect the position of an actuator member 11 within the movement space 22.
  • the position measuring device 30 measures a distance 31 of the actuator member 11, for example from the end stop 17.
  • a microwave antenna arrangement 32 with an antenna 33a transmits microwaves 34 into the movement space 22 or waveguide 26, which are reflected by the actuator member 11, so that reflection microwaves 35 come back in the direction of the microwave antenna assembly 32.
  • the microwaves 34 can be generated, which couples the microwave antenna assembly 32 in the movement space 22.
  • the radio-frequency device 36 contains unspecified coupling elements and coupling elements, for example capacitors, millimeter-wave integrated circuits (MMICs), directional couplers or the like.
  • the high-frequency device 36 can advantageously transmit the microwaves 34 in different frequencies, for example with the aid of a voltage-controlled oscillator (VCO) or the like.
  • VCO voltage-controlled oscillator
  • the evaluation device 37 determines, for example based on the duration of pulses of the microwaves 34, 35 (pulse radar), based on phase shifts between incoming (34) and returning microwaves 35 (interferometer method), i5 using an FMCW method (Frequency Modulated Continuous Wave) or like the position that eg corresponds to the distance 31, the actuator member 11 within the movement space 22.
  • the evaluation device 37 and / - or the high-frequency device 36 includes a mixing device for
  • the evaluation device 37 transmits a position signal 39 representing the respective position of the actuator element 11 via a line or wirelessly with an antenna, e.g. to a higher-level control 38.
  • the antenna 33a has a part-ring-shaped partial ring antenna conductor 40a extending around a free space 41a.
  • the antenna conductor 40a is annular, so that its profile coincides with the circular internal cross section of the hollow core. conductor 26 and also the annular cross-section of the free space 41 a correlated.
  • the clearance 41a is formed in the cover 19 and forms a penetration space 42 for a projection 43 of the piston 13.
  • the projection 43 is a damper projection of a buffer or brake assembly 44 for braking the Aktorglieds 11 in the region of the end stop 17, so that the actuator member 11 with reduced speed hits the end stop 17.
  • the projection 43 penetrates into the penetration space 42, which may also be referred to as a damper chamber, it closes the compressed air duct 45 of the compressed air connection 14 on its last movement section, so that compressed air only via a bypass duct or secondary duct 46 shown in FIG the outflow part of the movement space 22 can flow out.
  • the effective inner cross section and thus the flow cross section of the secondary channel 46 can be adjusted by adjusting means, for example an adjusting screw 47, so that the braking effect of the brake assembly 44 can be adapted to the respective requirements.
  • a groove arrangement 49 is expediently arranged with one or more grooves 50.
  • microwaves 34 transmitted by the microwave antenna assembly 32 in the preferably HIl mode are incident on a coaxial obstacle such as e.g. hit the piston 13, they are partially reflected or partially converted into a wave with a field image corresponding to a higher mode in its KoaxialIeitung, that is, e.g. a Hll wave in a coaxial line.
  • the movement space 22 forms the outer conductor of the coaxial line for the microwaves 34, 35.
  • the groove arrangement 49 prevents the flow of current at the inner conductor portion of this coaxial line. The flow of current can not or only partially flow through the grooves 50, which leads to a local reflection of the microwaves 34 and thus to the formation of the desired reflection microwave 35.
  • the antenna connection conductor 41 is connected to the center between the ends of the partial ring antenna conductor 40a, so that two equal-length partial ring arms 52a extend away from the connection region of the connection conductor 51. Thus, a fork-shaped antenna structure is formed.
  • the ends of the partial ring antenna conductor 40a are away from each other.
  • the arms 52a preferably have a length of about one quarter of the wavelength of the microwaves 34. It is understood that alternatively shorter or longer partial ring arms are possible, such as e.g. Partial ring arms 52b and 52c at sub-ring antenna conductors 40b, 40c, which are shown in Figure 2b. In other words, the arms of a particular sub-ring antenna conductor according to the invention do not have to extend over the entire outer circumference of a penetration space. It suffices a portion of the outer periphery.
  • the split ring antenna conductor 40a is located close to an inner periphery 53 of the penetration space 42, e.g. radially inward so that a large distance 54 between the
  • Partial ring antenna conductor 40 and an inner contour 55 of the waveguide 26, that is, the electrically conductive inner wall 25 of the actuator housing 12 is present.
  • a field 56 can form, which is transverse to the field of the generated microwaves 34, so that the microwaves 34 can be released from the field 56.
  • the partial ring arms 52 a extend parallel to the inner contour 55 of the waveguide 26.
  • a short connection section 57 of the antenna connection conductor 51 leads to a coupling section 58 of the antenna connection conductor 51.
  • a coupling arrangement 60 is provided.
  • a coaxial feed line 61 is connected to a coupling conductor 62.
  • the center conductor of the feed line 61 is connected to an input end 63 of the coupling conductor 62, while the output end 64 as well as the sheath of the feed line 61, which is expediently a semirigid line or solid sheath line, with the potential of the inner wall 25 , For example, mass is connected.
  • the coupling conductor 62 is a so-called lambda-quarter line, so the short-circuit
  • the coupling conductor 62 is expediently designed as a so-called microstrip line or microstrip line.
  • the coupling conductor 62 and the coupling portion 58 of the arrival 5 end conductor 51 are parallel and spaced from each other. Between the two conductors 62, 51 there is a spacing and additional insulation provided by e.g. the material of an insert body 65 is formed, present.
  • the coupling conductor 62 and the coupling conductor portion 58 o form a whole Lechertechnisch.
  • the components of the position measuring device 30 are arranged protected in the lid 19.
  • the evaluation device 37 and the high-frequency device 36 are arranged in corresponding exception spaces in the housing of the cover 19.
  • the cover 19 may advantageously be made of plastic, in particular in the region of its electrical components. Insofar as conductive components are required, for example on the inner wall 25, an electrically conductive coating or a metal construction is advantageous.
  • the coupling conductor 62, the connecting conductor 51 and the partial ring antenna conductor 40 are advantageously arranged on or in the insert body 65, which consists for example of plastic.
  • these conductors are potted in the kör- 65.
  • the insert body 65 is plugged, for example, onto projection noses 66 of the cover housing 27 of the cover 19.
  • a plug-in mounting technique which is possible by the contactless coupling between high-frequency electronics and partial ring antenna conductor, is advantageously used according to the invention.
  • the lid 19c can be fixed instead of the lid 19, for example with screws 67 on the central part 21.
  • the screws penetrate holes 68 of the cover housing 27c of the lid 19c.
  • the drilling ments 68 extend parallel to the direction of movement of the actuator member 10 in lateral corner regions arranged projections 69. This ensures a mechanically strong connection of the lid 19c with the central part 21.
  • a position measuring device 30c which is substantially similar to the position measuring device 30, are installed in or attached to the lid 19c:
  • a carrier part 70 is received in a recess 71 on a front side 72 of the cover housing 27c.
  • the carrier part has an L-shaped shape.
  • a vertically shown in the drawing leg 73 has through openings 74, 75 for the feed line 61 and not shown mounting bolts for fixing the support member 70 in the recess 71.
  • the support member 70 at least one electrically conductive surface 76, for example, a ground surface is connected to the Potential of the inner wall 25 and thus the jacket of the feed line 61 connected.
  • the electrically conductive surface 76 is arranged on the upper side of a leg 77 of the carrier part 70.
  • a dielectric namely an insulating member 78 is arranged.
  • the insulating member 78 is a plastic part, which is placed on the leg 77 during assembly, in particular glued.
  • the center conductor 79 of the coaxial feed line 61 passes through the passage opening 74 and protrudes up to the insulation part 78, so that the center conductor 79 can be connected to a coupling conductor element 80 which provides the coupling conductor 62, for example by means of a solder connection.
  • the center conductor 79 engages, for example, in a recess 81 at a free end of an upper leg 82 of the coupling conductor element 80, which is L-shaped.
  • the length and width of the coupling conductor element 80 are optimized to a desired characteristic impedance of the coupling conductor element 80, so that by varying the length and width of the coupling conductor element 80 whose characteristic impedance can be adapted to the respective conditions.
  • the leg 82 is isolated from the electrically conductive surface 76 by the insulating member 78.
  • the input end 63 of the coupling conductor 62 is thus isolated, for example, from the ground potential of the waveguide 26.
  • a leg 83 whose free end forms the output end 64 of the coupling conductor 62, is connected to the electrically conductive surface 76, for example the ground potential.
  • the coupling conductor element 80 is inserted into a recess 84 of the insulating part 78.
  • the recess 84 forms, so to speak, a negative for the leg 73 of the coupling conductor element 80, so that this advantageously or only slightly above a top 85 and an end face 85a of the insulating member 78 projects.
  • the upper portion of the recess 71 is closed by an insert 86, which provides the end stop 17 for the piston 13.
  • An annular projection 87 projects into a recess 88 on the cover housing 27.
  • the recess 88 is a damper or brake chamber of the brake assembly 44.
  • On the outer circumference of the annular projection 87 a seal is suitably provided.
  • the insert 86 for example a plastic insert, is fastened, for example, with screws 89 on the cover housing 27c, which are inserted through bores 99 which run parallel to the bores 68.
  • the insert 86 forms a stop body for the actuator member 11.
  • the leg 73 is received in the recess 71.
  • the leg 77 and the components 78 and 580 arranged thereon protrude in front of the end face 72, so that the coupling section 58 and the leg 82 are arranged one above the other with the coupling conductor 62.
  • the leg 77 protrudes below a lower flat side 98 of the insert 86.
  • An antenna element 91 is arranged in the region of a recess 92 of the insert 86.
  • the antenna element 91 is advantageously a stamped and bent part.
  • a partial ring antenna conductor 40c extends in a partial ring groove 93 on the recess 92, while line sections 57, 58 of the antenna element 91 extend in an L-shaped longitudinal groove 94 on the recess 92.
  • the lower leg of the longitudinal groove 94 extends parallel to the surface 76 and the leg 82 of the coupling conductor element 80.
  • the recess 92 preferably forms a penetration space 42 for an actuator member or a projection arranged thereon.
  • the recess 92 may be lined with a sealing body or a sealing coating.
  • the insulating part 78 or the insert 86 for forming electrical conductors could advantageously also be coated in an electrically conductive manner, e.g. in the area of the recesses 84 and 93.
  • the antenna element 91 is expediently protected by protective means, for example by one in the drawing Protective body or protective attachment, not shown, a coating, an upstream seal or the like.
  • a protective body can be snapped onto an annular groove 95 on the outer circumference of the insert piece 86.
  • the invention is applicable not only to waveguides of circular cross section, but also to other internal cross sections of waveguides, e.g. in an actuator 10d according to FIG. 6, whose housing I2d has a rectangular inner cross-section which is square in the exemplary embodiment.
  • a lid 19d in the manner of the already explained cover 19, 19b is shown.
  • a lid housing 27d of the lid 19d is like the Mitteilteil not shown of the housing 12d electrically conductive.
  • a dielectric insert body 65d is arranged, which holds an antenna 33d.
  • the antenna 33d has a partial ring antenna conductor 40d, the course of which correlates with the inner contour of the free space 41d.
  • the partial ring antenna conductor 40d runs parallel to the inner contour of the free space 4 Id and is thus polygonal.
  • the antenna conductor 40d is directly electrically conductively connected to the high-frequency device 36, for example via an antenna connecting conductor 51d.
  • the connection conductor 51d is expediently centered (an asymmetrical connection method would be conceivable) between arms 52d connected to the antenna conductor 40d. It is understood that the invention is also applicable to electric drives or combined fluid power / electric drives.
  • a magnet 100 which can be driven by an excitation coil arrangement 101 could be arranged in the actuator element 11.

Abstract

The invention relates to an actuator (10a), particularly a pneumatic cylinder, having an actuator member (11) movably disposed in a movement space (22) of a housing (12), and a microwave position measuring device (30) for determining the position of the actuator member (11) in the movement space (22), and further having a microwave antenna arrangement (32) for transmitting microwaves (34) into the movement space (22) forming a waveguide (26, and for receiving reflection microwaves (35) from the movement space (22) formed on the actuator member (11) by means of reflection of the microwaves (34) transmitted. It is provided in the actuator (10a) that the microwave antenna arrangement (32) has an antenna (33a) comprising a partial ring antenna conductor (40a) in the shape of a partial ring, extending about a free space (41a).

Description

Aktor mit Positionsmessvorrichtung Actuator with position measuring device
Die Erfindung betrifft einen Aktor, insbesondere einen pneumatischen Zylinder, mit einem in einem Bewegungsraum eines Gehäuses beweglich angeordneten Aktorglied und einer Mikrowellen-Positionsmessvorrichtung zur Positionsermittlung des Aktorglieds in dem Bewegungsraum und mit einer Mikrowellen- Antennenanordnung zum Senden von Mikrowellen in den einen Hohlleiter bildenden Bewegungsraum und zum Empfangen von durch Reflexion der gesendeten Mikrowellen an dem Aktorglied gebildeten Reflexions-Mikrowellen aus dem Bewegungsraum.The invention relates to an actuator, in particular a pneumatic cylinder, with a movably arranged in a movement space of a housing actuator member and a microwave position measuring device for determining the position of Aktorglieds in the movement space and with a microwave antenna arrangement for transmitting microwaves in the waveguide forming a movement space and for receiving reflection microwaves from the movement space formed by reflection of the transmitted microwaves on the actuator member.
Eine derartige Mikrowellen-Positionsmessvorrichtung ist beispielsweise Gegenstand der nicht vorveröffentlichten europäische Patentanmeldung 05 027 443.2. Die Koppelsonde ist im Deckel eines pneumatischen Zylinders untergebracht. Die Koppel - sonde befindet sich an einer Stirnseite am Ende des Bewegungsraums im Innern einer Ausnehmung, in die ein Vorsprung am Aktorglied, nämlich dem Kolben des pneumatischen Zylinders, eindringen kann. Die Ausnehmung ist beispielsweise Bestandteil einer Dämpferanordnung zum Bremsen der Endgeschwindigkeit des Kolbens.Such a microwave position measuring device is, for example, the subject of the non-prepublished European patent application 05 027 443.2. The coupling probe is housed in the lid of a pneumatic cylinder. The coupling probe is located on an end face at the end of the movement space in the interior of a recess into which a projection on the actuator member, namely the piston of the pneumatic cylinder, can penetrate. The recess is for example part of a damper arrangement for braking the end speed of the piston.
Allerdings ist die am Ende des Bewegungsraums angeordnete Antenne mechanischen Belastungen ausgesetzt. Ferner eignet sich diese Antennenform nicht zur Anregung jeder Art von Hohllei- ter-Wellentypen, beispielsweise nicht für Mikrowellen im HIl- Mode. Antennen für Hll-Mikrowellen sind in der Regel stabför- mig und ragen seitlich bis etwa in die Mitte des Rundhohlleiters hinein. Solche Antennen stehen dann der Bewegung des Ak- torglieds, beispielsweise des Kolbens, im Wege.However, the arranged at the end of the movement space antenna is exposed to mechanical stress. Furthermore, this antenna form is not suitable for excitation of any type of hollow conductor. ter wave types, for example, not for microwaves in HIl mode. Antennas for HII microwaves are generally rod-shaped and protrude laterally to approximately the middle of the circular waveguide. Such antennas then stand in the way of the movement of the actuator member, for example of the piston.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Mikrowellen-Antennenanordnung vorzuschlagen, bei der ein Freiraum vorhanden ist, in den beispielsweise das Aktorglied oder ein daran befindlicher Vorsprung eindringen kann.It is therefore the object of the present invention to propose a microwave antenna arrangement in which a free space is present, into which, for example, the actuator member or a projection located thereon can penetrate.
Zur Lösung der Aufgabe ist bei einem Aktor der eingangs genannten Art vorgesehen, dass die Mikrowellen-Antennenanordnung eine Antenne mit einem teilringförmigen, sich um einen Freiraum erstreckenden Teilring-Antennenleiter aufweist .To solve the problem is provided in an actuator of the type mentioned that the microwave antenna assembly comprises an antenna with a partially annular, extending around a free space partial ring antenna conductor.
Der Freiraum eignet sich beispielsweise als Eindringraum für das Aktorglied oder einen daran angeordneten Vorsprung, beispielsweise einen Dämpfer- oder Bremsvorsprung einer Dämpferanordnung oder Bremsanordnung, die das Aktorglied im Bereich einer Endlage abbremst. Die Antenne steht dem Aktorglied oder einem sonstigen beweglichen Bauteil nicht im Wege. Die Antenne ermöglicht einen Übergang von einer koaxialen Leitungswelle, einer sogenannten TEM-Mikrowelle, in eine HIl-Mikrowelle, die man auch als TEll-Welle bezeichnet. Im Vergleich zu anderen Wellentypen, beispielsweise E01-Mikrowellen, kann die Po- sitionsmessvorrichtung gemäß der Erfindung mit niedrigen Frequenzen betrieben werden. Im Vergleich zu einer EOl-Welle ist die Betriebsfrequenz beispielsweise ca. 30% kleiner. Bei einem Aktorgehäuse, beispielsweise einem pneumatischen Zylinder mit einem Innendurchmesser von 40 mm, kann eine Hll-Welle beispielsweise bereits oberhalb von 4,4 GHz verwendet werden, während sich eine E01-Mikrowelle erst bei 5,7 GHz oder mehr im dem Hohlleiter ausbreiten würde.The free space is suitable, for example, as a penetration space for the actuator member or a projection arranged thereon, for example a damper or brake projection of a damper arrangement or brake arrangement which decelerates the actuator element in the region of an end position. The antenna is not in the way of the actuator member or any other moving component. The antenna allows a transition from a coaxial line wave, a so-called TEM microwave in a HIl microwave, which is also referred to as TEll wave. In comparison with other types of wave, for example E01 microwaves, the position measuring device according to the invention can be operated at low frequencies. For example, compared to an EO1 wave, the operating frequency is about 30% smaller. For example, with an actuator housing, such as a pneumatic cylinder having an inside diameter of 40 mm, a HII shaft may already be used above 4.4 GHz, while an E01 microwave would only propagate at 5.7 GHz or more in the waveguide.
Ferner ist das Reflexionsverhalten bei den Hll-Mikrowellen besser als bei EOl-Mikrowellen.Furthermore, the reflection behavior in the HII microwaves is better than in EOl microwaves.
Das bewegliche Aktorglied reflektiert die Mikrowellen, die mit Hilfe z.B. einer Koppelsonde der Mikrowellen-Antennenanordnung in den Bewegungsraum eingekoppelt werden. Anhand einer Laufzeitmessung und/oder anhand eines Phasenvergleichs zwischen gesendeten Mikrowellen und empfangenen Mikrowellen, die beispielsweise einen Frequenzbereich von 10 MHz - 25 GHz, vorteilhaft 1 GHz - 25 GHz, haben, ermittelt die Positionsmessvorrichtung eine Position des Aktorglieds in seinem Bewegungsraum. Die Positionsmessvorrichtung misst z.B. den Abstand des Aktorglieds von einem Endanschlag im Bereich der Mikrowellen-Antennenanordnung.The movable actuator member reflects the microwaves generated by means of e.g. a coupling probe of the microwave antenna assembly are coupled into the movement space. Based on a transit time measurement and / or based on a phase comparison between transmitted microwaves and received microwaves, for example, a frequency range of 10 MHz - 25 GHz, advantageously 1 GHz - 25 GHz, the position measuring device determines a position of the actuator member in its movement space. The position measuring device measures e.g. the distance of the Aktorglieds from an end stop in the microwave antenna array.
Der Aktor, z.B. ein elektrischer und/oder fluidtechnischer Antrieb, hat ein Gehäuse mit einem elektrisch leitfähigen Bewegungsraum, in dem ein Aktorglied, beispielsweise ein Läufer eines elektrischen Motors oder ein Kolben eines pneumatischen Antriebs, beweglich angeordnet ist. Der Aktor ist zweckmäßigerweise ein Linearaktor. Das Aktorglied ist dann linear beweglich. Auch bei einem Dreh- oder Schwenkantrieb ist das erfindungsgemäße Prinzip einsetzbar.The actuator, e.g. an electric and / or fluid power drive, has a housing with an electrically conductive movement space in which an actuator member, such as a rotor of an electric motor or a piston of a pneumatic drive, is arranged to be movable. The actuator is expediently a linear actuator. The actuator member is then linearly movable. Even with a rotary or rotary actuator principle of the invention can be used.
Der Aktor kann elektrisch und/oder fluidtechnisch, beispiels- weise pneumatisch oder hydraulisch, angetrieben werden. Auch ein sogenannter Hybrid-Antrieb, der elektrisch und fluidtech- nisch antreibbar ist, ist vorteilhaft.The actuator can be driven electrically and / or fluidically, for example pneumatically or hydraulically. Also, a so-called hybrid drive, which is electrically and fluid technically driven, is advantageous.
Eine weitere Variante der Erfindung kann vorsehen, dass die Positionsmessvorrichtung einen Bestandteil eines Fluidventils bildet, beispielsweise eines pneumatischen Ventils. Das Aktorglied ist in diesem Falle z.B. das Ventilglied des Fluid- ventils, beispielsweise ein Antriebskolben, mit dem das Ventilglied pneumatisch angetrieben wird.A further variant of the invention can provide that the position measuring device forms part of a fluid valve forms, for example, a pneumatic valve. The actuator member is in this case, for example, the valve member of the fluid valve, for example a drive piston, with which the valve member is pneumatically driven.
Der Teilring-Antennenleiter korreliert vorteilhaft mit einer Innenkontur des Hohlleiters quer zur Ausbreitungsausrichtung der Mikrowellen. Beispielsweise verläuft der Teilring- Antennenleiter parallel zur Innenkontur. Diese Innenkontur ist zweckmäßigerweise zumindest in einem Hauptabschnitt des Bewegungsraums vorhanden. Es ist auch vorteilhaft, wenn der Teilring-Antennenleiter mit einer Innenkontur des Freiraums korreliert, das heißt parallel zu dieser Innenkontur verläuft. Der Teilring-Antennenleiter verläuft nämlich möglichst nahe bei dem Freiraum bzw. Eindringraum für das Aktorglied bzw. dessen Vorsprung, so dass ein Abstand zwischen dem Teilring-Antennenleiter und einer Innenwand im Hauptabschnitt des Bewegungsraumes möglichst groß ist.The partial ring antenna conductor advantageously correlates with an inner contour of the waveguide transversely to the propagation orientation of the microwaves. For example, the partial ring antenna conductor runs parallel to the inner contour. This inner contour is expediently present at least in a main portion of the movement space. It is also advantageous if the partial ring antenna conductor correlates with an inner contour of the free space, that is, runs parallel to this inner contour. Namely, the partial ring antenna conductor runs as close as possible to the free space or penetration space for the actuator member or its projection, so that a distance between the partial ring antenna conductor and an inner wall in the main portion of the movement space is as large as possible.
Der Ringverlauf des Teilring-Antennenleiters kann kreisringförmig sein, beispielsweise wenn der Bewegungsraum ebenfalls einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Es versteht sich, dass auch polygonale, beispielsweise rechteckige oder viereckige, elliptische oder in sonstiger Form gerundete Ringverläufe des Teilring-Antennenleiters möglich sind.The ring profile of the partial ring antenna conductor can be annular, for example if the movement space likewise has a circular cross section. It is understood that even polygonal, for example rectangular or square, elliptical or otherwise rounded shape of the annular ring antenna conductor are possible.
Der Teilring-Antennenleiter ist zweckmäßigerweise mit einem Antennen-Anschlussleiter an eine Hochfrequenzeinrichtung zur Erzeugung und/oder zum Empfang von Mikrowellen gekoppelt. Diese Ankopplung kann unmittelbar sein, das heißt es besteht eine elektrisch leitende Verbindung (auch gleichstrommäßig leitende Verbindung) zwischen den Teilring-Antennenleiter und der Hochfrequenzanordnung. Bevorzugt ist jedoch eine kontakt- lose Kopplung, die später noch im Detail beschrieben wird. Der Antennenanschlussleiter zur direkten Verbindung oder kontaktlosen Kopplung an die Hochfrequenzeinrichtung ist zweckmäßigerweise zwischen den Teilring-Armen des Teilring- Antennenleiters angeordnet, so dass eine gabelförmige Anten- nenstruktur gebildet ist. Die Arme sind vorteilhaft gleich lang, das heißt der Antennen-Anschlussleiter befindet sich mittig zwischen den Teilring-Armen. Eine asymmetrische Länge der Teilring-Arme kann aber auch vorteilhaft sein, beispielsweise zur Anpassung an die Bauart des Aktor-Gehäuses, zur An- passung der Eingangsimpedanz der Antenne an der Hochfrequenz- einrichtung oder dergleichen.The partial ring antenna conductor is expediently coupled with an antenna connecting conductor to a high-frequency device for generating and / or receiving microwaves. This coupling can be direct, that is to say there is an electrically conductive connection (also DC-conducting connection) between the partial ring antenna conductor and the high-frequency arrangement. However, preference is given to a contactless coupling which will be described in detail later. The antenna connection conductor for direct connection or contactless coupling to the high-frequency device is expediently arranged between the partial ring arms of the partial ring antenna conductor, so that a fork-shaped antenna structure is formed. The arms are advantageously the same length, that is, the antenna connection conductor is located centrally between the partial ring arms. However, an asymmetrical length of the partial ring arms can also be advantageous, for example for adaptation to the type of actuator housing, for adaptation of the input impedance of the antenna to the high-frequency device or the like.
Die Teilring-Arme haben vorteilhaft etwa ein Viertel der Wellenlänge der Mikrowellen bei der jeweiligen Arbeitsfrequenz der Positionsmessvorrichtung. Es sind aber auch längere oder kürzere Teilring-Arme möglich.The partial ring arms advantageously have about one quarter of the wavelength of the microwaves at the respective operating frequency of the position measuring device. But there are also longer or shorter partial ring arms possible.
In diesem Zusammenhang sei betont, dass die Positionsmessvorrichtung zum Senden und Empfangen von Mikrowellen mit konstanten oder mit unterschiedlichen Frequenzen ausgestaltet sein kann, wobei erste Betriebsfrequenzen zur Positionsbe- Stimmung des Aktorgliedes und zweite Betriebsfrequenzen zur Kalibrierung der Positionsmessvorrichtung dienen können. Jede dieser Frequenzen kann vorteilhaft mit der erfindungsgemäßen Teilring-Antenne gesendet und/oder empfangen werden.In this context, it should be emphasized that the position measuring device for transmitting and receiving microwaves can be configured with constant or with different frequencies, wherein first operating frequencies for position determination of the actuator member and second operating frequencies can be used to calibrate the position measuring device. Each of these frequencies can advantageously be transmitted and / or received with the sub-ring antenna according to the invention.
Die oben bereits erwähnte kontaktlose Kopplung der Antenne mit einer Hochfrequenzeinrichtung zur Erzeugung und/oder zum Empfang von Mikrowellen stellt an sich schon eine eigenständige Erfindung dar. Die kontaktlose Kopplung kann auch mit anderen Antennenbauformen, z.B. tellerartigen Antennen, realisiert werden. Die Montage der Positionsmessvorrichtung und somit auch des Aktors wird vereinfacht, da keine oder nur wenige elektrische Verbindungen herzustellen sind. Die kontakt- lose Kopplung ist sozusagen eine reine Strahlungskopplung. Leitende Gleichstrom-Verbindungen zwischen der Antennenstruktur, z.B. dem Teilring-Antennenleiter, und einer Speiseleitung die zur Hochfrequenzeinrichtung führt, sind nicht nötig.The above-mentioned contactless coupling of the antenna with a high-frequency device for generating and / or receiving microwaves is in itself an independent invention. The contactless coupling can also be realized with other antenna designs, eg dish-like antennas. The assembly of the position measuring device and thus also the actuator is simplified because no or only a few electrical connections are to be made. The contact Loose coupling is, so to speak, a pure radiation coupling. Conductive direct current connections between the antenna structure, eg the partial ring antenna conductor, and a feed line leading to the high-frequency device are not necessary.
Man kann die Komponenten der Kopplungsanordnung oder der Antennenanordnung insgesamt auch durch eine Beschichtungstech- nik herstellen, wobei aufgrund der kontaktlosen Kopplung die Montage einfach ist.Overall, the components of the coupling arrangement or of the antenna arrangement can also be produced by means of a coating technique, wherein the assembly is simple due to the contactless coupling.
Ein Kopplungsabschnitt des Antennen-Anschlussleiters der An- tenne und ein Kopplungsleiter der Kopplungsanordnung verlaufen zweckmäßigerweise parallel. Der Kopplungsleiter hat zweckmäßigerweise eine Länge, die einem Viertel der Wellenlänge der Mikrowellen bei ihrer jeweiligen Arbeitsfrequenz entspricht .A coupling section of the antenna connection conductor of the antenna and a coupling conductor of the coupling arrangement expediently run parallel. The coupling conductor has expediently a length which corresponds to a quarter of the wavelength of the microwaves at their respective operating frequency.
Der Kopplungsleiter ist an seinem Eingangsende über eineThe coupling conductor is at its input end via a
Speiseleitung mit der Hochfrequenzeinrichtung verbunden und an seinem entgegengesetzten Ausgangsende, dem freien Ende, mit dem Hohlleiter elektrisch verbunden. Diese elektrische Verbindung kann unmittelbar oder beispielsweise auch über ein Halteelement für die Kopplungseinrichtung realisiert sein. Jedenfalls ist am ausgangsseitigen Ende ein Kurzschluss vorhanden. Bei der Arbeitsfrequenz stellt sich dieser Kurzschluss jedoch eingangsseitig als Leerlauf dar, da der Kopplungsleiter eine Länge aufweist, die einem Viertel der WeI- lenlänge der Mikrowellen bei der Arbeits- oder Betriebsfrequenz entspricht. Der Kopplungsleiter transformiert somit einen Kurzschluss am Ende in einen Leerlauf am Eingang oder umgekehrt .Feed line connected to the high-frequency device and electrically connected at its opposite output end, the free end, with the waveguide. This electrical connection can be realized directly or for example via a holding element for the coupling device. Anyway, there is a short circuit at the output end. At the operating frequency, however, this short circuit is on the input side as idle, since the coupling conductor has a length which corresponds to a quarter of the wavelength of the microwaves at the operating or operating frequency. The coupling conductor thus transforms a short circuit at the end into an open circuit at the input or vice versa.
Die Kopplungsanordnung umfasst zweckmäßigerweise eine Lecher- leitung. Bei der bevorzugten Ausführungsform mit der kontakt- losen Kopplung, sind die parallel verlaufenden Leiter, nämlich der Kopplungsleiter und der Kopplungsabschnitt des Antennen-Anschlussleiters an ihren jeweiligen Ende offen. Es wäre aber auch möglich, die beiden Leiter an ihren Enden mit- einander zu verbinden.The coupling arrangement expediently comprises a Lecher line. In the preferred embodiment, with the contact Loose coupling, the parallel conductors, namely the coupling conductor and the coupling portion of the antenna connecting conductor are open at their respective ends. But it would also be possible to connect the two conductors at their ends.
Die Kopplungsanordnung kann vorteilhaft mit koaxialen Leitern oder Streifenleitern aufgebaut werden.The coupling arrangement can advantageously be constructed with coaxial conductors or strip conductors.
Der Kopplungsabschnitt des Antennenanschlussleiters und des Teilring-Antennenleiters sind zweckmäßigerweise winkelig zu- einander, beispielsweise rechtwinkelig. Somit ist ein platzsparende Bauweise realisiert.The coupling section of the antenna connection conductor and the partial ring antenna conductor are expediently at an angle to one another, for example at right angles. Thus, a space-saving design is realized.
Die Speiseleitung ist zweckmäßigerweise eine Koaxialleitung. Eine sogenannte Semirigid-Leitung oder Festmantel-Leitung ist vorteilhaft .The feed line is expediently a coaxial line. A so-called semirigid line or solid-clad line is advantageous.
Die Komponenten der Mikrowellen-Antennenanordnung und/oder der Kopplungsanordnung sind vorteilhaft als bei der Montage steckbare Komponenten ausgestaltet. Dies betrifft beispielsweise den Teilring-Antennenleiter, der als Einsatzelement in vorzugsweise einen Deckel des Aktor-Gehäuses eingesetzt wird. Aber auch weitere Komponenten, beispielsweise ein Dielektri- zitätskörper oder Isolationskörper zwischen dem Kopplungsleiter und dem Aktor-Gehäuse ist zweckmäßigerweise eine Steck- Komponente .The components of the microwave antenna arrangement and / or the coupling arrangement are advantageously configured as plug-in components during assembly. This concerns, for example, the partial ring antenna conductor, which is used as an insert element in preferably a cover of the actuator housing. But also other components, for example, a dielectric body or insulating body between the coupling conductor and the actuator housing is expediently a plug-in component.
Vorteilhaft ist ein Halter vorgesehen, an dem eine Masseflä- che für den Kopplungsleiter vorhanden ist.Advantageously, a holder is provided on which a ground surface for the coupling conductor is present.
Die Mikrowellen-Antennenanordnung oder die Kopplungsanordnung sind zweckmäßigerweise zumindest teilweise durch auf ein Dielektrikum aufgebrachte Beschichtungen gebildet . Dies kann beispielsweise durch physikalisches oder chemisches Beschichten geschehen. Auch die sogenannte MID-Technik, ein Aufsput- tern von elektrisch leitenden Schichten oder eine Volumenbe- schichtung sind vorteilhaft. Ferner ist es denkbar, die Kom- ponenten der Mikrowellen-Antennenanordnung zumindest teilweise durch Ätztechnik herzustellen. So ist beispielsweise auf diesen Wege der Teilring-Antennenleiter realisierbar.The microwave antenna arrangement or the coupling arrangement are expediently formed at least partially by coatings applied to a dielectric. This can For example, done by physical or chemical coating. The so-called MID technique, a sputtering of electrically conductive layers or a volume coating are also advantageous. Furthermore, it is conceivable to produce the components of the microwave antenna arrangement at least partially by etching technology. Thus, for example, the partial ring antenna conductor can be realized in these ways.
Vorteilhaft sind Schutzmittel für die Antenne, insbesondere für den Teilring-Antennenleiter. Beispielsweise ist der Teil- ring-Antennenleiter vergossen. Auch die Komponenten der Kopplungsanordnung sind vorteilhaft geschützt. Auch hier wäre ein Vergießen möglich. Andererseits ist für eine einfache Montage bevorzugt, Schutzkörper oder Schutzglieder vorzusehen, die den zu schützenden Komponenten, beispielsweise den Teilring- Antennenleiter, den Kopplungsleiter und dergleichen, als separate Bauelemente vorgelagert sind und einen Schutz vor beispielsweise mechanischen Beschädigungen bieten.Protective means for the antenna are advantageous, in particular for the partial ring antenna conductor. For example, the partial ring antenna conductor is potted. The components of the coupling arrangement are advantageously protected. Again, a casting would be possible. On the other hand, it is preferable for a simple assembly to provide protective bodies or protective members, which are upstream of the components to be protected, for example, the partial ring antenna conductor, the coupling conductor and the like, as separate components and provide protection against, for example, mechanical damage.
Beispielsweise ist dem Teilring-Antennenleiter ein Anschlag- kδrper für das Aktorglied oder ein Schutzkörper vorgelagert. Es ist auch möglich, dass der Teilring-Antennenleiter an einem Anschlagkörper angeordnet ist, allerdings soweit zurück versetzt und geschützt, dass der durch das Aktorglied oder einen daran angeordneten Vorsprung nicht beschädigt wird. Der Anschlagkörper weist vorteilhaft eine Ausnehmung auf, die ei- nen Eindringraum für das Aktorglied oder einen an dem Aktorglied angeordneten Vorsprung bereitstellt.For example, the partial ring antenna conductor is preceded by a stop body for the actuator element or a protective body. It is also possible for the partial ring antenna conductor to be arranged on a stop body, but to the extent offset and protected so far that the projection arranged by the actuator member or a projection arranged thereon is not damaged. The stop body advantageously has a recess which provides a penetration space for the actuator member or a projection arranged on the actuator member.
Der Teilring-Antennenleiter ist zweckmäßigerweise im Bereich einer Bremsanordnung zum Abbremsen einer Endgeschwindigkeit des Aktorglieds an seinem jeweiligen Aktorgehäuse-Endanschlag angeordnet. Der Teilring-Antennenleiter kann aber auch in ei- ne Baueinheit der Bremsanordnung integriert sein, beispielsweise den vorgenannten Anschlagkörper.The partial ring antenna conductor is expediently arranged in the region of a brake arrangement for decelerating an end speed of the actuator member at its respective actuator housing end stop. The partial ring antenna conductor can also be used in ne assembly of the brake assembly be integrated, for example, the aforementioned stop body.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:Hereinafter, embodiments of the invention will be explained with reference to the drawing. Show it:
Figur 1 einen schematisehen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Aktors mit einer erfindungsgemäßen Positionsmessvorrichtung, etwa entsprechend einer Linie A-A in Figur 5 ,1 shows a schematic longitudinal section of an actuator according to the invention with a position-measuring device according to the invention, approximately corresponding to a line A-A in FIG. 5, FIG.
Figur 2a eine Querschnittsansicht der Positionsmessvorrich- tung gemäß Figur 1, etwa entsprechend einer LinieFIG. 2a shows a cross-sectional view of the position measuring device according to FIG. 1, approximately corresponding to a line
B-B in Figur 1,B-B in FIG. 1,
Figur 2b Varianten der Positionsmessvorrichtung gemäß Figur 2a mit kürzeren und längeren Teilring-Antennenarmen,2b shows variants of the position measuring device according to FIG. 2a with shorter and longer partial ring antenna arms, FIG.
Figur 3 eine detaillierte Explosionsdarstellung eines Deckels eines Aktor-Gehäuses gemäß Figur 1 sowie von Komponenten der Positionsmessvorrichtung,FIG. 3 shows a detailed exploded view of a cover of an actuator housing according to FIG. 1 and of components of the position measuring device,
Figur 4 der Deckel gemäß Figur 3 in teilweise montiertem Zustand,FIG. 4 shows the cover according to FIG. 3 in partially assembled state;
Figur 5 den Deckel gemäß Figur 4 in vollständig montiertem Zustand, undFigure 5 shows the lid of Figure 4 in fully assembled condition, and
Figur 6 eine alternative geometrische Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Positionsmessvorrichtung .Figure 6 shows an alternative geometric embodiment of a position measuring device according to the invention.
Ein Aktorglied 11 eines Aktors 10a ist in einem Aktor-Gehäuse 12 linear hin und her beweglich angeordnet. Das Aktorglied 11 ist ein Kolben 13, der durch über Druckluftanschlüsse 14, 15 einspeisbare Druckluft 16 aus einer nicht dargestellten Druckluftquelle antreibbar ist. Durch Beaufschlagen des Aktorglieds 11 mit der Druckluft 16 über einen Druckluftan- Schluss 14, 15 und Auslassen der Druckluft 16 am jeweils anderen Druckluftanschluss 14 oder 15 ist der Kolben 13 zwischen Endanschlägen 17, 18 an Deckeln 19, 20 antreibbar. Ein zwischen den Deckeln 19, 20 angeordnetes Mittelteil 21 des Gehäuses 12 bildet einen Bewegungsraum 22 für das Aktorglied 11. An dem Kolben 13 ist eine Kolbenstange 23 angeordnet, die eine Öffnung 24 am Deckel 20 durchdringt, wo zweckmäßigerweise eine Dichtung angeordnet ist.An actuator member 11 of an actuator 10a is linearly reciprocally arranged in an actuator housing 12. The actuator member 11 is a piston 13 which is driven by compressed air connections 14, 15 feedable compressed air 16 from a compressed air source, not shown. By pressurizing the actuator member 11 with the compressed air 16 via a compressed air connection 14, 15 and discharging the compressed air 16 at the respective other compressed air connection 14 or 15, the piston 13 between end stops 17, 18 on lids 19, 20 can be driven. A between the covers 19, 20 arranged central portion 21 of the housing 12 forms a movement space 22 for the actuator member 11 on the piston 13, a piston rod 23 is arranged, which penetrates an opening 24 on the cover 20, where expediently a seal is arranged.
Der Bewegungsraum 22 hat vorliegend einen kreisrunden Durchmesser, wobei polygonale, elliptische oder sonstige Geomet- rien ebenfalls denkbar sind. Eine Innenwand 25 des Mittelteils 21 sowie weitere nachfolgend beschriebene Wandungsbereiche des Gehäuses 12 sind elektrisch leitfähig. Beispielsweise bestehen diese Komponenten aus Metall oder sind elektrisch leitfähig beschichtet. Auch das Aktorglied 11 ist elektrisch leitfähig. Insgesamt ist ein Hohlleiter 26 gebildet.The movement space 22 in the present case has a circular diameter, wherein polygonal, elliptical or other geometries are likewise conceivable. An inner wall 25 of the middle part 21 and further wall regions of the housing 12 described below are electrically conductive. For example, these components are made of metal or are coated electrically conductive. The actuator member 11 is electrically conductive. Overall, a waveguide 26 is formed.
Eine Positionsmessvorrichtung 30 dient zur Positionserfassung eines Aktorglieds 11 innerhalb des Bewegungsraums 22. Die Positionsmessvorrichtung 30 misst einen Abstand 31 des Ak- torglieds 11 beispielsweise vom Endanschlag 17. Eine Mikrowellen-Antennenanordnung 32 mit einer Antenne 33a sendet Mikrowellen 34 in den Bewegungsraum 22 bzw. Hohlleiter 26, die vom Aktorglied 11 reflektiert werden, so dass Reflektions- Mikrowellen 35 wieder zurück in Richtung der Mikrowellen- Antennenanordnung 32 kommen. Mit Hilfe einer Hochfrequenzeinrichtung 36 können die Mikrowellen 34 erzeugt werden, die die Mikrowellen-Antennenanordnung 32 in den Bewegungsraum 22 einkoppelt. Die Hochfrequenzeinrichtung 36 enthält nicht näher bezeichnete Einkopp- 5 lungselemente und Auskopplungselemente, zum Beispiel Kondensatoren, Millimeterwellen Integrated Circuits (MMICs) , Richt- koppler oder dergleichen. Die Hochfrequenzeinrichtung 36 kann die Mikrowellen 34 vorteilhaft in unterschiedlichen Frequenzen senden, beispielsweise mit Hilfe eines spannungsgesteuer- lo ten Oszillators (VCO) oder dergleichen.A position measuring device 30 serves to detect the position of an actuator member 11 within the movement space 22. The position measuring device 30 measures a distance 31 of the actuator member 11, for example from the end stop 17. A microwave antenna arrangement 32 with an antenna 33a transmits microwaves 34 into the movement space 22 or waveguide 26, which are reflected by the actuator member 11, so that reflection microwaves 35 come back in the direction of the microwave antenna assembly 32. By means of a high-frequency device 36, the microwaves 34 can be generated, which couples the microwave antenna assembly 32 in the movement space 22. The radio-frequency device 36 contains unspecified coupling elements and coupling elements, for example capacitors, millimeter-wave integrated circuits (MMICs), directional couplers or the like. The high-frequency device 36 can advantageously transmit the microwaves 34 in different frequencies, for example with the aid of a voltage-controlled oscillator (VCO) or the like.
Die Auswerteeinrichtung 37 ermittelt beispielsweise anhand der Laufzeit von Pulsen der Mikrowellen 34, 35 (Pulsradar), anhand von Phasenverschiebungen zwischen hinlaufenden (34) und rücklaufenden Mikrowellen 35 (Interferometer-Verfahren) , i5 anhand eines FMCW-Verfahrens (Frequency Modulated Continuous Wave) oder dergleichen die Position, die z.B. dem Abstand 31 entspricht, des Aktorglieds 11 innerhalb des Bewegungsraumes 22. Beispielsweise enthält die Auswerteeinrichtung 37 und/- oder die Hochfrequenzeinrichtung 36 eine Mischeinrichtung zumThe evaluation device 37 determines, for example based on the duration of pulses of the microwaves 34, 35 (pulse radar), based on phase shifts between incoming (34) and returning microwaves 35 (interferometer method), i5 using an FMCW method (Frequency Modulated Continuous Wave) or like the position that eg corresponds to the distance 31, the actuator member 11 within the movement space 22. For example, the evaluation device 37 and / - or the high-frequency device 36 includes a mixing device for
20 Mischen, z.B. zum Multiplizieren der gesendeten Mikrowellen 34 und der reflektierten Mikrowellen 35, einen Prozessor, einen Speicher und/oder weitere elektronische Bauelemente, beispielsweise ASICs (Application Specific Integrated Circuits) oder dergleichen. Die Auswerteeinrichtung 37 sendet ein die 5 jeweilige Position des Aktorglieds 11 repräsentierendes Positionssignal 39 über eine Leitung oder drahtlos mit einer Antenne z.B. an eine übergeordnete Steuerung 38.20 mixing, e.g. for multiplying the transmitted microwaves 34 and the reflected microwaves 35, a processor, a memory and / or other electronic components, for example ASICs (Application Specific Integrated Circuits) or the like. The evaluation device 37 transmits a position signal 39 representing the respective position of the actuator element 11 via a line or wirelessly with an antenna, e.g. to a higher-level control 38.
Die Antenne 33a hat einen sich um einen Freiraum 41a erstreckenden, teilringförmigen Teilring-Antennenleiter 40a. Der 0 Antennenleiter 40a ist vorliegend kreisringförmig, so dass sein Verlauf mit dem kreisrunden Innenquerschnitt des Hohl- leiters 26 und zudem dem kreisringförmigen Querschnitt des Freiraums 41a korreliert.The antenna 33a has a part-ring-shaped partial ring antenna conductor 40a extending around a free space 41a. In the present case, the antenna conductor 40a is annular, so that its profile coincides with the circular internal cross section of the hollow core. conductor 26 and also the annular cross-section of the free space 41 a correlated.
Der Freiraum 41a ist im Deckel 19 ausgebildet und bildet einen Eindringraum 42 für einen Vorsprung 43 des Kolbens 13. Der Vorsprung 43 ist ein Dämpfervorsprung einer Puffer- oder Bremsanordnung 44 zum Abbremsen des Aktorglieds 11 im Bereich des Endanschlags 17, so dass das Aktorglied 11 mit verringerter Geschwindigkeit am Endanschlag 17 auftrifft. Wenn der Vorsprung 43 in den Eindringraum 42, den man auch als Dämp- ferkammer bezeichnen kann, eindringt, verschließt er auf seinem letzten Bewegungsabschnitt den Druckluftkanal 45 des Druckluftanschlusses 14, so dass Druckluft nur noch über einen in Figur 3 dargestellten Bypasskanal oder Nebenkanal 46 aus dem abströmseitigen Teil des Bewegungsraums 22 ausströmen kann. Der wirksame Innenquerschnitt und somit der Strömungs- querschnitt des Nebenkanals 46 ist durch Einstellmittel, beispielsweise eine Einstellschraube 47 einstellbar, so dass die Bremswirkung der Bremsanordnung 44 an die jeweiligen Erfordernisse anpassbar ist .The clearance 41a is formed in the cover 19 and forms a penetration space 42 for a projection 43 of the piston 13. The projection 43 is a damper projection of a buffer or brake assembly 44 for braking the Aktorglieds 11 in the region of the end stop 17, so that the actuator member 11 with reduced speed hits the end stop 17. When the projection 43 penetrates into the penetration space 42, which may also be referred to as a damper chamber, it closes the compressed air duct 45 of the compressed air connection 14 on its last movement section, so that compressed air only via a bypass duct or secondary duct 46 shown in FIG the outflow part of the movement space 22 can flow out. The effective inner cross section and thus the flow cross section of the secondary channel 46 can be adjusted by adjusting means, for example an adjusting screw 47, so that the braking effect of the brake assembly 44 can be adapted to the respective requirements.
Am Aktorglied 11, bei an seinem Außenumfang oder am Außenumfang 48 des Vorsprungs 43 ist zweckmäßigerweise eine Rillenanordnung 49 mit einer oder mehreren Rillen 50 angeordnet. Wenn von der Mikrowellen-Antennenanordnung 32 im vorzugsweise HIl-Mode gesendete Mikrowellen 34 auf ein koaxiales Hindernis wie z.B. den Kolben 13 treffen, werden sie teilweise reflektiert oder teilweise in eine Welle mit einem Feldbild umgewandelt, das einem höheren Mode in seiner KoaxialIeitung entspricht, das heißt z.B. einer Hll-Welle in einer Koaxialleitung.At the actuator member 11, at at its outer periphery or at the outer periphery 48 of the projection 43, a groove arrangement 49 is expediently arranged with one or more grooves 50. When microwaves 34 transmitted by the microwave antenna assembly 32 in the preferably HIl mode are incident on a coaxial obstacle such as e.g. hit the piston 13, they are partially reflected or partially converted into a wave with a field image corresponding to a higher mode in its KoaxialIeitung, that is, e.g. a Hll wave in a coaxial line.
Der Bewegungsraum 22 bildet den Außenleiter der Koaxialleitung für die Mikrowellen 34, 35. Die Rillenanordnung 49 be- hindert den Stromfluss am Innenleiterabschnitt dieser Koaxialleitung. Der Stromfluss kann nicht oder nur teilweise über die Rillen 50 fließen, was zu einer lokalen Reflektion der Mikrowellen 34 und somit zur Bildung der gewünschten Reflexi- ons-Mikrowellen 35 führt.The movement space 22 forms the outer conductor of the coaxial line for the microwaves 34, 35. The groove arrangement 49 prevents the flow of current at the inner conductor portion of this coaxial line. The flow of current can not or only partially flow through the grooves 50, which leads to a local reflection of the microwaves 34 and thus to the formation of the desired reflection microwave 35.
Von dem Teilring-Antennenleiter 40 führt ein Antennen- Anschlussleiter 41 zur Verbindung mit der Hochfrequenzeinrichtung 36 weg. Der Antennen-Anschlussleiter 41 ist mittig zwischen den Enden des Teilring-Antennenleiters 40a an diesen angeschlossen, so dass sich vom Anschlussbereich des Anschlussleiters 51 zwei gleichlange Teilring-Arme 52a weg erstrecken. Somit wird eine gabelförmige Antennenstruktur gebildet. Die Enden des Teilring-Antennenleiters 40a sind voneinander entfernt. Die Arme 52a haben vorzugsweise eine Länge von etwa einem viertel der Wellenlänge der Mikrowellen 34. Es versteht sich, dass alternativ auch kürzere oder längere Teilring-Arme möglich sind, wie z.B. Teilring-Arme 52b und 52c bei Teilring-Antennenleitern 40b, 40c, die in Figur 2b dargestellt sind. Mit anderen Worten müssen sich die Arme ei- nes jeweiligen erfindungsgemäßen Teilring-Antennenleiters nicht über den gesamten Außenumfang eines Eindringraums erstrecken. Es genügt ein Teilbereich des Außenumfangs .From the partial ring antenna conductor 40 leads an antenna connecting conductor 41 for connection to the high-frequency device 36 away. The antenna connection conductor 41 is connected to the center between the ends of the partial ring antenna conductor 40a, so that two equal-length partial ring arms 52a extend away from the connection region of the connection conductor 51. Thus, a fork-shaped antenna structure is formed. The ends of the partial ring antenna conductor 40a are away from each other. The arms 52a preferably have a length of about one quarter of the wavelength of the microwaves 34. It is understood that alternatively shorter or longer partial ring arms are possible, such as e.g. Partial ring arms 52b and 52c at sub-ring antenna conductors 40b, 40c, which are shown in Figure 2b. In other words, the arms of a particular sub-ring antenna conductor according to the invention do not have to extend over the entire outer circumference of a penetration space. It suffices a portion of the outer periphery.
Zweckmäßigerweise ist der Teilring-Antennenleiter 40a nahe an einem Innenumfang 53 des Eindringraums 42 angeordnet, z.B. radial innen, so dass ein großer Abstand 54 zwischen demConveniently, the split ring antenna conductor 40a is located close to an inner periphery 53 of the penetration space 42, e.g. radially inward so that a large distance 54 between the
Teilring-Antennenleiter 40 und einer Innenkontur 55 des Hohlleiters 26, das heißt der elektrisch leitenden Innenwand 25 des Aktor-Gehäuses 12 vorhanden ist. Somit kann sich im Abstand 54, das heißt im Zwischenraum zwischen den Teilring- Armen 52a und der Innenwand 25, ein Feld 56 ausbilden, das quer zum Feld der erzeugten Mikrowellen 34 ist, so dass sich aus dem Feld 56 die Mikrowellen 34 lösen können. Die Teilring-Arme 52a verlaufen parallel zur Innenkontur 55 des Hohlleiters 26.Partial ring antenna conductor 40 and an inner contour 55 of the waveguide 26, that is, the electrically conductive inner wall 25 of the actuator housing 12 is present. Thus, at a distance 54, that is to say in the space between the partial ring arms 52a and the inner wall 25, a field 56 can form, which is transverse to the field of the generated microwaves 34, so that the microwaves 34 can be released from the field 56. The partial ring arms 52 a extend parallel to the inner contour 55 of the waveguide 26.
Von dem Antennenleiter 40 führt ein kurzer Anschlussabschnitt 57 des Antennen-Anschlussleiters 51 zu einem Kopplungsab- 5 schnitt 58 des Antennen-Anschlussleiters 51. Zwar wäre es prinzipiell möglich, den Antennen-Anschlussleiters 51 unmittelbar mit der Hochfrequenzeinrichtung 36 zu verbinden. Bei der Positionsmessvorrichtung 30 ist jedoch eine kontaktlose, rein auf Strahlung basierende Ein- und Auskopplung von Mikro- lo wellen realisiert. Hierfür ist eine Kopplungsanordnung 60 vorgesehen.From the antenna conductor 40, a short connection section 57 of the antenna connection conductor 51 leads to a coupling section 58 of the antenna connection conductor 51. Although it would be possible in principle to connect the antenna connection conductor 51 directly to the high-frequency device 36. In the position measuring device 30, however, a contactless, purely radiation-based coupling and decoupling of micro waves is realized. For this purpose, a coupling arrangement 60 is provided.
Ein koaxiale Speiseleitung 61 ist mit einem Kopplungsleiter 62 verbunden. Der Mittelleiter der Speiseleitung 61 ist mit einem Eingangsende 63 des Kopplungsleiters 62 verbunden, wäh- i5 rend das Ausgangsende 64 genauso wie der Mantel der Speise- leitung 61, die zweckmäßigerweise eine Semirigid-Leitung oder Festmantel-Leitung ist, mit dem Potential der Innenwand 25, beispielsweise Masse, verbunden ist. Der Kopplungsleiter 62 ist eine sogenannte Lambda-Viertel-Leitung, so der Kurz-A coaxial feed line 61 is connected to a coupling conductor 62. The center conductor of the feed line 61 is connected to an input end 63 of the coupling conductor 62, while the output end 64 as well as the sheath of the feed line 61, which is expediently a semirigid line or solid sheath line, with the potential of the inner wall 25 , For example, mass is connected. The coupling conductor 62 is a so-called lambda-quarter line, so the short-circuit
20 Schluss an Ausgangsende 64 am Eingangsende 63 als Leerlauf auftritt. Der Kopplungsleiter 62 ist zweckmäßigerweise als sogenannte Microstrip-Leitung oder Mikrostreifen-Leitung ausgestaltet .20 ends at output end 64 at the input end 63 as idling occurs. The coupling conductor 62 is expediently designed as a so-called microstrip line or microstrip line.
Der Kopplungsleiter 62 und der Kopplungsabschnitt 58 des An- 5 Schlussleiters 51 verlaufen parallel und beabstandet zueinander. Zwischen den beiden Leitern 62, 51 ist ein Abstand und zusätzliche eine Isolation, die durch z.B. das Material eines Einsatzkörpers 65 gebildet ist, vorhanden.The coupling conductor 62 and the coupling portion 58 of the arrival 5 end conductor 51 are parallel and spaced from each other. Between the two conductors 62, 51 there is a spacing and additional insulation provided by e.g. the material of an insert body 65 is formed, present.
Der Kopplungsleiter 62 und der Kopplungsleiterabschnitt 58 o bilden insgesamt eine Lecherleitung. Die Komponenten der Positionsmessvorrichtung 30 sind geschützt im Deckel 19 angeordnet. Beispielsweise sind die Auswerteeinrichtung 37 und die Hochfrequenzeinrichtung 36 in entsprechenden Ausnahmeräumen im Gehäuse des Deckels 19 ange- ordnet .The coupling conductor 62 and the coupling conductor portion 58 o form a whole Lecherleitung. The components of the position measuring device 30 are arranged protected in the lid 19. For example, the evaluation device 37 and the high-frequency device 36 are arranged in corresponding exception spaces in the housing of the cover 19.
Der Deckel 19 kann insbesondere im Bereich seiner elektrischen Komponenten vorteilhaft aus Kunststoff sein. Insoweit leitende Bestandteile erforderlich sind, beispielsweise an der Innenwand 25, ist eine elektrisch leitfähige Beschichtung oder eine Bauweise aus Metall vorteilhaft.The cover 19 may advantageously be made of plastic, in particular in the region of its electrical components. Insofar as conductive components are required, for example on the inner wall 25, an electrically conductive coating or a metal construction is advantageous.
Der Kopplungsleiter 62, der Anschlussleiter 51 und der Teilring-Antennenleiter 40 sind vorteilhaft an oder in dem Einsatzkörper 65, der beispielsweise aus Kunststoff besteht, angeordnet. Beispielsweise sind diese Leiter in dem Einsatzkör- pers 65 vergossen. Somit sind diese Leiter vor Umwelteinflüssen, insbesondere mechanischen Beschädigungen durch das Aktorglied 11, durch die Druckluft 16 und dergleichen, geschützt. Der Einsatzkörper 65 ist beispielsweise auf Vor- sprungnasen 66 des Deckel-Gehäuses 27 des Deckels 19 aufge- steckt .The coupling conductor 62, the connecting conductor 51 and the partial ring antenna conductor 40 are advantageously arranged on or in the insert body 65, which consists for example of plastic. For example, these conductors are potted in the Einsatzkör- 65. Thus, these conductors are protected from environmental influences, in particular mechanical damage by the actuator member 11, by the compressed air 16 and the like. The insert body 65 is plugged, for example, onto projection noses 66 of the cover housing 27 of the cover 19.
Der mechanische Aufbau eines Deckels 19b eines Aktors 10b mit den bereits erläuterten Antennenleitern 40b und 40c gleicht dem Deckel 19.The mechanical construction of a cover 19b of an actuator 10b with the antenna conductors 40b and 40c already explained is similar to the cover 19.
Bei einem Deckel 19c eines Aktors 10c ist erfindungsgemäß ei- ne Steckmontagetechnik, die durch die kontaktlose Kopplung zwischen Hochfreguenzelektronik und Teilring-Antennenleiter möglich ist, mit Vorteil angewendet. Der Deckel 19c kann an Stelle des Deckels 19 beispielsweise mit Schrauben 67 an dem Mittelteil 21 befestigt werden. Die Schrauben durchdringen Bohrungen 68 des Deckelgehäuses 27c des Deckels 19c. Die Boh- rungen 68 verlaufen parallel zur Bewegungsrichtung des Aktorglieds 10 in seitlichen Eckbereichen angeordneten Vorsprüngen 69. Dadurch ist eine mechanisch belastbare Verbindung des Deckels 19c mit dem Mittelteil 21 gewährleistet.In the case of a cover 19c of an actuator 10c, a plug-in mounting technique, which is possible by the contactless coupling between high-frequency electronics and partial ring antenna conductor, is advantageously used according to the invention. The lid 19c can be fixed instead of the lid 19, for example with screws 67 on the central part 21. The screws penetrate holes 68 of the cover housing 27c of the lid 19c. The drilling ments 68 extend parallel to the direction of movement of the actuator member 10 in lateral corner regions arranged projections 69. This ensures a mechanically strong connection of the lid 19c with the central part 21.
Vor dieser Montage werden jedoch die Komponenten einer Positionsmessvorrichtung 30c, die im Wesentlichen der Positionsmessvorrichtung 30 gleicht, in den Deckel 19c eingebaut oder an diesen angebaut :Before this assembly, however, the components of a position measuring device 30c, which is substantially similar to the position measuring device 30, are installed in or attached to the lid 19c:
Ein Trägerteil 70 ist in einer Ausnehmung 71 an einer Stirn- seite 72 des Deckelgehäuses 27c aufgenommen. Das Trägerteil hat eine L-förmige Gestalt. Ein in der Zeichnung senkrecht dargestellter Schenkel 73 hat Durchtrittsöffnungen 74, 75 für die Speiseleitung 61 sowie für nicht dargestellte Montagebolzen zur Befestigung des Trägerteils 70 in der Ausnehmung 71. Das Trägerteil 70, zumindest eine elektrisch leitende Fläche 76, beispielsweise eine Massefläche, ist mit dem Potential der Innenwand 25 und somit des Mantels der Speiseleitung 61 verbunden. Die elektrisch leitende Fläche 76 ist an der Oberseite eines Schenkels 77 des Trägerteils 70 angeordnet. Auf der Fläche 76 ist ein Dielektrikum, nämlich ein Isolationsteil 78 angeordnet. Es wäre denkbar, den Schenkel 77 beispielsweise mit Kunststoff an seiner Oberseite zu beschichten, um so eine isolierende Schicht zu schaffen. Das Isolationsteil 78 ist jedoch ein Kunststoffteil, das bei der Montage auf den Schenkel 77 aufgesetzt, insbesondere aufgeklebt wird.A carrier part 70 is received in a recess 71 on a front side 72 of the cover housing 27c. The carrier part has an L-shaped shape. A vertically shown in the drawing leg 73 has through openings 74, 75 for the feed line 61 and not shown mounting bolts for fixing the support member 70 in the recess 71. The support member 70, at least one electrically conductive surface 76, for example, a ground surface is connected to the Potential of the inner wall 25 and thus the jacket of the feed line 61 connected. The electrically conductive surface 76 is arranged on the upper side of a leg 77 of the carrier part 70. On the surface 76, a dielectric, namely an insulating member 78 is arranged. It would be conceivable, for example, to coat the limb 77 with plastic on its upper side so as to create an insulating layer. However, the insulating member 78 is a plastic part, which is placed on the leg 77 during assembly, in particular glued.
Der Mittelleiter 79 der Koaxial-Speiseleitung 61 durchgreift die Durchtrittsöffnung 74 und steht bis zu dem Isolationsteil 78 vor, so dass der Mittelleiter 79 mit einem Kopplungsleiterelement 80, das den Kopplungsleiter 62 bereitstellt, ver- bunden werden kann, beispielsweise durch eine Lötverbindung. Der Mittelleiter 79 greift beispielsweise in eine Ausnehmung 81 an einem freien Ende eines oberen Schenkels 82 des Kopplungsleiterelements 80 ein, das L-förmig ist. Länge und Breite des Kopplungsleiterelements 80 sind auf einen gewünschten Wellenwiderstand des Kopplungsleiterelementes 80 optimiert, so dass durch Variation von Länge und Breite des Kopplungsleiterelementes 80 dessen Wellenwiderstand an die jeweiligen Verhältnisse anpassbar sind.The center conductor 79 of the coaxial feed line 61 passes through the passage opening 74 and protrudes up to the insulation part 78, so that the center conductor 79 can be connected to a coupling conductor element 80 which provides the coupling conductor 62, for example by means of a solder connection. The center conductor 79 engages, for example, in a recess 81 at a free end of an upper leg 82 of the coupling conductor element 80, which is L-shaped. The length and width of the coupling conductor element 80 are optimized to a desired characteristic impedance of the coupling conductor element 80, so that by varying the length and width of the coupling conductor element 80 whose characteristic impedance can be adapted to the respective conditions.
Der Schenkel 82 ist durch das Isolationsteil 78 von der elektrisch leitenden Fläche 76 isoliert. Das Eingangsende 63 des Kopplungsleiters 62 ist somit beispielsweise vom Massepotential des Hohlleiters 26 isoliert. Ein Schenkel 83, dessen freies Ende das Ausgangsende 64 des Kopplungsleiters 62 bildet, ist jedoch mit der elektrisch leitenden Fläche 76, beispielsweise dem Massepotential, verbunden.The leg 82 is isolated from the electrically conductive surface 76 by the insulating member 78. The input end 63 of the coupling conductor 62 is thus isolated, for example, from the ground potential of the waveguide 26. However, a leg 83, whose free end forms the output end 64 of the coupling conductor 62, is connected to the electrically conductive surface 76, for example the ground potential.
Das Kopplungsleiterelement 80 ist in eine Ausnehmung 84 des Isolationsteils 78 eingesetzt. Die Ausnehmung 84 bildet sozusagen ein Negativ für den Schenkel 73 des Kopplungsleiterelement 80, so dass dieser vorteilhafterweise nicht oder nur unwesentlich über eine Oberseite 85 und eine Stirnseite 85a des Isolationsteils 78 vorsteht.The coupling conductor element 80 is inserted into a recess 84 of the insulating part 78. The recess 84 forms, so to speak, a negative for the leg 73 of the coupling conductor element 80, so that this advantageously or only slightly above a top 85 and an end face 85a of the insulating member 78 projects.
Der obere Bereich der Ausnehmung 71 ist durch ein Einsatzstück 86 verschlossen, das den Endanschlag 17 für den Kolben 13 bereitstellt. Ein Ringvorsprung 87 steht in eine Ausnehmung 88 am Deckel -Gehäuse 27 vor. Die Ausnehmung 88 ist eine Dämpfer- oder Bremskammer der Bremsanordnung 44. Am Außenumfang des Ringvorsprungs 87 ist zweckmäßigerweise eine Dichtung vorgesehen. Das Einsatzstück 86, beispielsweise ein Kunststoffeinsatzteil, wird beispielsweise mit Schrauben 89 am Deckelgehäuse 27c befestigt, die durch Bohrungen 99 durch- gesteckt sind, die parallel zu den Bohrungen 68 verlaufen. Das Einsatzstück 86 bildet einen Anschlagkörper für das Aktorglied 11.The upper portion of the recess 71 is closed by an insert 86, which provides the end stop 17 for the piston 13. An annular projection 87 projects into a recess 88 on the cover housing 27. The recess 88 is a damper or brake chamber of the brake assembly 44. On the outer circumference of the annular projection 87, a seal is suitably provided. The insert 86, for example a plastic insert, is fastened, for example, with screws 89 on the cover housing 27c, which are inserted through bores 99 which run parallel to the bores 68. The insert 86 forms a stop body for the actuator member 11.
Der Schenkel 73 ist in der Ausnehmung 71 aufgenommen. Der Schenkel 77 sowie die darauf angeordneten Komponenten 78 und 5 80 stehen vor die Stirnseite 72 vor, so dass der Kopplungsabschnitt 58 und der Schenkel 82 mit dem Kopplungsleiter 62 übereinander angeordnet sind. Der Schenkel 77 steht bis unter eine untere Flachseite 98 des Einsatzstückes 86 vor.The leg 73 is received in the recess 71. The leg 77 and the components 78 and 580 arranged thereon protrude in front of the end face 72, so that the coupling section 58 and the leg 82 are arranged one above the other with the coupling conductor 62. The leg 77 protrudes below a lower flat side 98 of the insert 86.
Ein Antennenelement 91 ist im Bereich einer Ausnehmung 92 des lo Einsatzstückes 86 angeordnet. Das Antennenelement 91 ist vorteilhaft ein Stanz-Biegeteil. Ein Teilring-Antennenleiter 40c verläuft in einer Teilringnut 93 an der Ausnehmung 92, während Leitungsabschnitte 57, 58 des Antennenelements 91 in einer L-förmigen Längsnut 94 an der Ausnehmung 92 verlaufen. i5 Der untere Schenkel der Längsnut 94 verläuft parallel zu der Fläche 76 sowie dem Schenkel 82 des Kopplungsleiterelementes 80.An antenna element 91 is arranged in the region of a recess 92 of the insert 86. The antenna element 91 is advantageously a stamped and bent part. A partial ring antenna conductor 40c extends in a partial ring groove 93 on the recess 92, while line sections 57, 58 of the antenna element 91 extend in an L-shaped longitudinal groove 94 on the recess 92. The lower leg of the longitudinal groove 94 extends parallel to the surface 76 and the leg 82 of the coupling conductor element 80.
Die Ausnehmung 92 bildet vorzugsweise einen Eindringraum 42 für ein Aktorglied oder einen daran angeordneten Vorsprung.The recess 92 preferably forms a penetration space 42 for an actuator member or a projection arranged thereon.
20 Die Ausnehmung 92 kann mit einem Dichtkörper oder einer Dichtbeschichtung ausgekleidet sein.The recess 92 may be lined with a sealing body or a sealing coating.
Anstelle des Kopplungsleiterelements 80 oder des Antennenelements 91 könnten das Isolationsteil 78 oder das Einsatzstück 86 zur Bildung elektrischer Leiter vorteilhaft auch elekt- 5 risch leitfähig beschichtet sein, z.B. im Bereich der Ausnehmungen 84 und 93.Instead of the coupling conductor element 80 or the antenna element 91, the insulating part 78 or the insert 86 for forming electrical conductors could advantageously also be coated in an electrically conductive manner, e.g. in the area of the recesses 84 and 93.
Das Antennenelement 91 wird zweckmäßigerweise durch Schutzmittel geschützt, beispielsweise durch einen in der Zeichnung nicht dargestellten Schutzkörper oder Schutzvorsatz, eine Be- schichtung, eine vorgelagerte Dichtung oder dergleichen. Beispielsweise ist ein Schutzkörper auf eine Ringnut 95 am Außenumfang des Einsatzstückes 86 aufrastbar.The antenna element 91 is expediently protected by protective means, for example by one in the drawing Protective body or protective attachment, not shown, a coating, an upstream seal or the like. For example, a protective body can be snapped onto an annular groove 95 on the outer circumference of the insert piece 86.
Vor die Stirnseite 72 des Deckelgehäuses 27c steht ein Stützvorsatz 96 vor, an dem eine obere Flachseite 97 des Einsatzstückes 68 im montierten Zustand anliegt, so dass das Einsatzstück 86 mechanisch gestützt ist.In front of the end face 72 of the cover housing 27c, there is a support attachment 96 against which an upper flat side 97 of the insertion piece 68 rests in the mounted state, so that the insertion piece 86 is mechanically supported.
Die Erfindung ist nicht nur bei Hohlleitern mit kreisrundem Querschnitt, sondern auch bei anderen Innenquerschnitten von Hohlleitern anwendbar, so z.B. bei einem Aktor 10d gemäß Figur 6, dessen Gehäuse I2d einen rechteckigen, beim Ausführungsbeispiels quadratischen Innenquerschnitt aufweist. Von dem Gehäuse 12d ist lediglich ein Deckel 19d in der Art der bereits erläuterten Deckel 19, 19b dargestellt. Ein Deckelgehäuse 27d des Deckels 19d ist wie das nicht dargestellte Mitteilteil des Gehäuses 12d elektrisch leitfähig. In dem Deckelgehäuse 27d ist ein dielektrischer Einsatzkörper 65d angeordnet, der eine Antenne 33d hält.The invention is applicable not only to waveguides of circular cross section, but also to other internal cross sections of waveguides, e.g. in an actuator 10d according to FIG. 6, whose housing I2d has a rectangular inner cross-section which is square in the exemplary embodiment. Of the housing 12d only a lid 19d in the manner of the already explained cover 19, 19b is shown. A lid housing 27d of the lid 19d is like the Mitteilteil not shown of the housing 12d electrically conductive. In the lid housing 27d, a dielectric insert body 65d is arranged, which holds an antenna 33d.
Die Antenne 33d hat einen Teilring-Antennenleiter 4Od, dessen Verlauf mit der Innenkontur des Freiraums 41d korreliert. Der Teilring-Antennenleiter 40d verläuft parallel zu der Innenkontur des Freiraums 4 Id und ist somit polygonal.The antenna 33d has a partial ring antenna conductor 40d, the course of which correlates with the inner contour of the free space 41d. The partial ring antenna conductor 40d runs parallel to the inner contour of the free space 4 Id and is thus polygonal.
Der Antennenleiter 4Od ist im Unterschied zu den vorgenannten Ausführungsbeispielen unmittelbar elektrisch leitend mit der Hochfrequenzeinrichtung 36 verbunden, beispielsweise über einen Antennen-Anschlussleiter 51d. Der Anschlussleiter 51d ist zweckmäßigerweise mittig (eine asymmetrische Anschlussmethode wäre denkbar) zwischen Armen 52d an den Antennenleiter 4Od angeschlossen. Es versteht sich, dass die Erfindung auch bei elektrischen Antrieben oder kombinierten fluidtechnischen/elektrischen Antrieben anwendbar ist. So könnte beispielsweise im Aktorglied 11 ein Magnet 100 angeordnet sein, der durch eine Erregerspu- lenanordnung 101 antreibbar ist. In contrast to the aforementioned exemplary embodiments, the antenna conductor 40d is directly electrically conductively connected to the high-frequency device 36, for example via an antenna connecting conductor 51d. The connection conductor 51d is expediently centered (an asymmetrical connection method would be conceivable) between arms 52d connected to the antenna conductor 40d. It is understood that the invention is also applicable to electric drives or combined fluid power / electric drives. For example, a magnet 100 which can be driven by an excitation coil arrangement 101 could be arranged in the actuator element 11.

Claims

Ansprüche claims
1. Aktor, insbesondere pneumatischer Zylinder, mit einem in einem Bewegungsraum (22) eines Gehäuses (12) beweglich angeordneten Aktorglied (11) und einer Mikrowellen-Positionsmessvorrichtung (30) zur Positionsermittlung des Aktorglieds 5 (11) in dem Bewegungsraum (22) und mit einer Mikrowellen- Antennenanordnung (32) zum Senden von Mikrowellen (34) in den einen Hohlleiter (26) bildenden Bewegungsraum (22) und zum Empfangen von durch Reflexion der gesendeten Mikrowellen (34) an dem Aktorglied (11) gebildeten Reflexions-Mikrowellen (35) lo aus dem Bewegungsraum (22), dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrowellen-Antennenanordnung (32) eine Antenne (33a; 33b; 33c,• 33d) mit einem teilringförmigen, sich um einen Freiraum (41a,- 4Id) erstreckenden Teilring-Antennenleiter (40a,- 40b; 40c; 4Od) aufweist.1. Actuator, in particular pneumatic cylinder, having a in a movement space (22) of a housing (12) movably arranged actuator member (11) and a microwave position measuring device (30) for determining the position of the Aktorglieds 5 (11) in the movement space (22) and with a microwave antenna arrangement (32) for transmitting microwaves (34) into the movement space (22) forming a waveguide (26) and for receiving reflection microwaves formed by reflection of the transmitted microwaves (34) on the actuator element (11) ( 35) lo from the movement space (22), characterized in that the microwave antenna arrangement (32) has an antenna (33a; 33b; 33c, • 33d) with a part-ring-shaped partial ring extending around a free space (41a, - 4Id). Antenna conductor (40a, 40b, 40c, 40d).
i5 2. Aktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Freiraum (41a; 4Id) einen Eindringraum (42) für das Aktorglied (11) oder einen daran angeordneten Vorsprung (43) bildet.2. Actuator according to claim 1, characterized in that the free space (41a; 4Id) forms a penetration space (42) for the actuator member (11) or a projection (43) arranged thereon.
3. Aktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, 20 dass der Teilring-Antennenleiter (40a; 40b; 40c,• 40d) mit einer Innenkontur (55) des Hohlleiters (26) quer zur Ausbreitungsrichtung der Mikrowellen (34) korreliert. Correlated with an inner contour (55) of the waveguide (26) transversely to the direction of propagation of the microwaves (34) 3. The actuator according to claim 1 or 2, characterized in 20 that the partial ring antenna conductor (40c, • 40d 40a;; 40b).
4. Aktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringverlauf des Teilring-Antennenleiters (40a; 40b; 40c; 4Od) kreisringförmig oder polygonal oder elliptisch ist.4. Actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the ring profile of the partial ring antenna conductor (40a, 40b, 40c, 40d) is circular or polygonal or elliptical.
5 5. Aktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen mit dem Teilring-Antennenleiter (40a; 40b; 40c; 4Od) verbundenen Antennen-Anschlussleiter (51) .5. Actuator according to one of the preceding claims, characterized by an antenna connecting conductor (51) connected to the partial ring antenna conductor (40a; 40b; 40c; 40d).
6. Aktor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Antennen-Anschlussleiter (51) insbesondere mittig zwischen lo Teilring-Armen (52a; 52b; 52c; 52d) des Teilring-Antennenleiters (40a,- 40b; 40c; 40d) angeordnet ist, so dass eine gabelförmige Antennenstruktur gebildet ist.6. Actuator according to claim 5, characterized in that the antenna connecting conductor (51) is arranged in particular centrally between lo partial ring arms (52a, 52b, 52c, 52d) of the partial ring antenna conductor (40a, 40b, 40c, 40d) so that a fork-shaped antenna structure is formed.
7. Aktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilring-Arme (52a; 52b; 52c; 52d) etwa ein Viertel der WeI- i5 lenlänge der Mikrowellen (34) aufweisen.7. Actuator according to claim 6, characterized in that the partial ring arms (52a; 52b; 52c; 52d) have approximately a quarter of the wavelength of the microwaves (34).
8. Aktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrowellen-Antennenanordnung (32) zum Senden und Empfangen von Mikrowellen (34) im HIl-Mode ausgestaltet ist .8. Actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the microwave antenna arrangement (32) for transmitting and receiving microwaves (34) is designed in HIl-mode.
20 9. Aktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Kopplungsanordnung (60) zur kontaktlosen Kopplung der Antenne (33a; 33b; 33c; 33d) mit einer Hochfrequenzeinrichtung zur Erzeugung und/oder zum Empfang von Mikrowellen (34) aufweist. 59. Actuator according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a coupling arrangement (60) for contactless coupling of the antenna (33a; 33b; 33c; 33d) with a high-frequency device for generating and / or receiving microwaves (34) , 5
10. Aktor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kopplungsabschnitt (58) des Antennen-Anschlussleiters (51) der Antenne (33a; 33b; 33c; 33d) und ein Kopplungsleiter (62) der Kopplungsanordnung (60) abschnittsweise parallel verlaufen.10. An actuator according to claim 9, characterized in that a coupling portion (58) of the antenna connecting conductor (51) of the antenna (33a; 33b; 33c; 33d) and a coupling conductor (62) the coupling arrangement (60) extend in sections parallel.
11. Aktor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplungsleiter (62) etwa eine Viertel -Wellenlänge der Mikro-11. Actuator according to claim 10, characterized in that the coupling conductor (62) about a quarter wavelength of the micro-
5 wellen (34) bei einer Arbeitsfrequenz der Positionsmessvorrichtung (30) aufweist.5 waves (34) at an operating frequency of the position measuring device (30).
12. Aktor nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplungsleiter (62) an einem Eingangsende (63) über eine Speiseleitung (61) mit der Hochfrequenzeinrichtung ver- lo bunden ist und an einem dem entgegengesetzten Ausgangsende (64) mit dem Hohlleiter (26) elektrisch verbunden ist.12. Actuator according to claim 10 or 11, characterized in that the coupling conductor (62) at an input end (63) via a feed line (61) with the high-frequency device is lo-restricted and at one of the opposite output end (64) with the waveguide (26) is electrically connected.
13. Aktor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Speiseleitung (61) eine Koaxialleitung ist.13. Actuator according to claim 12, characterized in that the feed line (61) is a coaxial line.
14. Aktor nach einem der Ansprüche 9 bis 13 , dadurch gekenn- i5 zeichnet, dass die Kopplungsanordnung (60) eine Lecherleitung umfasst .14. Actuator according to one of claims 9 to 13, characterized in that i5 records that the coupling arrangement (60) comprises a Lecher line.
15. Aktor nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplungsabschnitt (58) des Antennen- Anschlussleiters (51) und der Teilring-Antennenleiter (40a;15. Actuator according to one of claims 10 to 14, characterized in that the coupling portion (58) of the antenna connecting conductor (51) and the partial ring antenna conductor (40a;
20 40b; 40c,- 4Od) winkelig, insbesondere rechtwinkelig, zueinander sind.20 40b; 40c, - 4Od) are angular, in particular perpendicular, to each other.
16. Aktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Komponenten der Mikrowellen-Antennenanordnung (32) und/oder der Kopplungsanordnung (60) als bei 5 der Montage steckbare Komponenten ausgestaltet sind.16. Actuator according to one of the preceding claims, characterized in that components of the microwave antenna arrangement (32) and / or the coupling arrangement (60) are designed as pluggable at 5 mounting components.
17. Aktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrowellen-Antennenanordnung (32) und/oder die Kopplungsanordnung (60) zumindest teilweise durch auf ein Dielektrikum aufgebrachte Beschichtungen gebildet sind.17. Actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the microwave antenna arrangement (32) and / or the coupling arrangement (60) are formed at least partially by coatings applied to a dielectric.
18. Aktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch s gekennzeichnet, dass sie Schutzmittel für die Antenne (33a,-18. Actuator according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises protection means for the antenna (33a, -
33b; 33c; 33d) , insbesondere den Teilring-Antennenleiter (40a; 40b; 40c; 4Od) aufweist.33b; 33c; 33d), in particular the partial ring antenna conductor (40a; 40b; 40c; 4Od).
19. Aktor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzmittel einen Schutzkörper und/oder einen Anschlagkörper lo (86) für das Aktorglied (11) umfassen.19. Actuator according to claim 18, characterized in that the protective means comprise a protective body and / or a stop body lo (86) for the actuator member (11).
20. Aktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilring-Antennenleiter (40a; 40b; 40c; 40d) an einem Anschlagkörper (86) für das Aktorglied (11) angeordnet ist.20. Actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the partial ring antenna conductor (40a; 40b; 40c; 40d) is arranged on a stop body (86) for the actuator member (11).
i5 21. Aktor nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlagkörper (86) eine Ausnehmung (92) aufweist, die einen Eindringraum (42) für das Aktorglied (11) oder einen an dem Aktorglied (11) angeordneten Vorsprung (43) bereit stellt.21. Actuator according to claim 20, characterized in that the stop body (86) has a recess (92) which provides an indentation space (42) for the actuator member (11) or a projection (43) arranged on the actuator member (11) provides.
22. Aktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch 20 gekennzeichnet, dass der Teilring-Antennenleiter (40a; 40b; 40c; 4Od) im Bereich einer Bremsanordnung (44) zum Abbremsen einer Endgeschwindigkeit das Aktorglieds (11) im Bereich eines Endanschlags angeordnet ist oder in eine Baueinheit der Bremsanordnung (44) integriert ist. 522. Actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the partial ring antenna conductor (40a; 40b; 40c; 40d) is arranged in the region of a brake arrangement (44) for decelerating a terminal speed of the actuator member (11) in the region of an end stop or is integrated in a structural unit of the brake assembly (44). 5
23. Aktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er ein kolbenstangenloser pneumatischer Arbeitszylinder oder ein pneumatischer Arbeitszylinder mit einer Kolbenstange (23) ist. 23. Actuator according to one of the preceding claims, characterized in that it is a rodless pneumatic working cylinder or a pneumatic working cylinder with a piston rod (23).
24. Aktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er einen elektrischen Antrieb oder eine elektrische Antriebskomponente (100, 101) umfasst. 24. Actuator according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises an electric drive or an electric drive component (100, 101).
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