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Die
Erfindung betrifft einen Aktor, insbesondere einen pneumatischen
Zylinder, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Ein
Aktor mit einer Mikrowellen-Positionsmessvorrichtung ist beispielsweise
aus der nicht vorveröffentlichten
EP 1 752 791 A1 bekannt.
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Der
Aktor ist beispielsweise ein pneumatischer Zylinder, dessen Kolben
ein Aktorglied bildet, das in einer Kolbenkammer des Gehäuses linear
beweglich angeordnet ist. Die Kolbenkammer bzw. der Bewegungsraum
ist an seiner Innenseite elektrisch leitfähig, beispielsweise auf Grund
eines aus Metall bestehenden Gehäuses,
so dass der Bewegungsraum einen Hohlleiter bildet. Die Mikrowellen
breiten sich von der Antennenanordnung in Richtung des Kolbens aus
und werden vom Kolben reflektiert. Auswertemittel der Positionsmessvorrichtung
ermitteln beispielsweise anhand der Laufzeit zwischen hinlaufender
Mikrowelle und rücklaufender Reflexions-Mikrowelle
die Position des Kolbens.
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Die
Antennenanordnung, beispielsweise eine Koppelsonde, ist in einer
Ausnehmung an einem stirnseitigen Endanschlag des Gehäuses angeordnet.
Die Antenne, beispielsweise ein Metalle lement, ist in ein dielektrisches
Material, insbesondere Kunststoff, eingebettet, so dass sie geschützt ist
und elektrisch von der übrigen
Gehäusestruktur,
die zur Bildung des Hohlleiters elektrisch leitend ist, isoliert
ist. Die Antenne sitzt tief im Innern einer Ausnehmung an der Stirnseite
des Gehäuses,
die einen geringeren Durchmesser aufweist als die übrige Gehäusestruktur,
beispielsweise einen geringeren Durchmesser als ein Mittelabschnitt
des Gehäuses,
in dem sich das Aktorglied bewegt.
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Die
Ausnehmung dient z. B. dazu, einen Mindestabstand zwischen Antenne
und Aktorglied sicherzustellen. Ferner kann die Ausnehmung z. B.
eine zentrale Kolbenbefestigungsmutter oder einen Pufferkolben zur
Realisierung einer pneumatischen Endlagendämpfung aufnehmen. Der Durchmesser
der Ausnehmung ist im Allgemeinen deutlich kleiner als derjenige
des Bewegungsraums, damit um die Ausnehmung herum genug Fläche für den Anschlag
des Aktorglieds übrig
bleibt.
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Die
Ausnehmung ist in einem Kunststoffkörper oder Kunststoffeinsatz
ausgeformt, so dass der elektrisch nicht leitende Innenraum, der
einen Hohlleiter bildet, im Bereich der Antenne größer ist
als die Ausnehmung. Die Ausnehmung kann für Mikrowellen im gewünschten
Frequenzbereich einen zu kleinen Durchmesser aufweisen. Ferner beeinflusst
der Wechsel des Durchmessers von dem Mittelteil des Gehäuses zu
dem engeren Durchmesser der Ausnehmung, wenn diese in einem elektrisch
leitenden Gehäusebereich
ist.
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Aus
US 7,901,628 geht ein Aktor
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1 hervor. Eine Mikrowellenantenne in der Art eines
zylindrischen Stabes ist an einem Zylinderdeckel angebracht. Innerhalb
eines an dem Deckel angebrachten Isolators verläuft ein Leiter, der zu der
Mikrowellenantenne führt.
Die zylindrische Mikrowellenantenne steht vor eine Stirnseite des
Zylinders vor, ist jedoch in einem zurückversetzten Abschnitt oder einer
Bohrung angeordnet, die mit einem pneumatischen Anschluss kommuniziert.
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US 5,193,433 betrifft einen
pneumatischen Zylinder, dessen Kolben eine Ausnehmung für einen
am Zylinderdeckel angeordneten Vorsprung aufweist. Durch den Vorsprung
verläuft
ein Luftkanal, der verschlossen wird, wenn sich der Kolben dem Endanschlag
nähert
und der am Deckel angeordnete Vorsprung in eine korrespondierende
Ausnehmung am Kolben eindringt. Der pneumatische Zylinder gemäß
US 5,193,433 weist keine
Mikrowellen-Positionsmessvorrichtung auf.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Aktor mit
einer Positionsmessvorrichtung für
Mikrowellen bereit zu stellen, bei dem ein optimaler Übertritt
der Mikro wellen vom unmittelbaren Antennen-Nahbereich in den Bewegungsraum
und umgekehrt möglich
ist.
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Zur
Lösung
der Aufgabe ist ein Aktor gemäß der technischen
Lehre des Anspruchs 1 vorgesehen.
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Die
Antennenanordnung ist an einem Gehäusevorsprung des Gehäuses angeordnet,
der vor den Endanschlag vorsteht. Der Gehäusevorsprung kann beispielsweise
einen Bestandteil eines Gehäusedeckels
des Gehäuses
bilden. Ferner ist es möglich,
dass der Gehäusevorsprung
einen Schutzkörper
für die
Mikrowellen-Antennenanordnung bildet. Neben dem Gehäusevorsprung
ist der Endanschlag für
das Aktorglied angeordnet, beispielsweise eine ringförmige Ringanschlagsfläche.
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Die
Antennenanordnung, beispielsweise eine Koppelsonde, steht vor den
Endanschlag vor. Somit befindet sich die Mikrowellen-Antennenanordnung
in einem Abschnitt des Bewegungsraums oder des Hohlleiters, in dem
eine elektromagnetische Welle, z. B. ein oder mehrere Hohlleiter-Moden,
ausbreitungsfähig
ist. Für
die Mikrowellen steht ein hinreichend großer Hohlleiter-Innenumfang zur Verfügung, d.
h. im Bereich der Mikrowellen-Antennenanordnung
hat das Gehäuse
bereits einen großen,
am Rand durch elektrisch leitfähiges Material
begrenzten Durchmesser. Dadurch ist es möglich, Mikrowellen mit niedrigen,
an den Durchmesser des Bewegungsraums angepasste Frequenzen zu verwenden.
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Auch
der Schutz der Mikrowellenanordnung vor Umwelteinflüssen, beispielsweise
mechanischen Einflüssen,
Druckluft oder dergleichen, ist einfach realisierbar, da der Endanschlag,
der mechanisch belastet ist, neben der Mikrowellen-Antennenanordnung,
z. B. um diese herum, angeordnet ist.
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Zweckmäßigerweise
ist am Aktorglied eine Ausnehmung vorgesehen, in die die Mikrowellen-Antennenanordnung
eintaucht, wenn das Aktorglied an dem Endanschlag anschlägt. Die
mechanische Belastung der Mikrowellen-Antennenanordnung ist dadurch
gering.
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Die
Ausnehmung am Aktorglied kann beispielsweise an einem Ringvorsprung
des Aktorgliedes angeordnet sein. Der Ringvorsprung kann einstückig mit
einem Aktor-Körper
sein oder durch ein separates Bauelement gebildet werden. Es versteht
sich, dass auch ein segmentweiser Vorsprung bzw. Vorsprungsegmente oder
Anschlagsegmente denkbar sind, die neben der Ausnehmung angeordnet
sind. Ferner ist es möglich, dass
von der Ausnehmung mindestens ein Fluid-Ausströmkanal wegführt. Somit wird Fluid, beispielsweise Druckluft,
nicht in der Ausnehmung ”eingesperrt”, wenn
die Mikrowellen-Antennenanordnung in die Ausnehmung des Aktogliedes
eintaucht.
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Zweckmäßigerweise
besteht der Gehäusevorsprung
zumindest teilweise aus dielektrischem Material, beispielsweise
Kunststoff. Glasfaserverstärktes
Polycarbonat (PC) ist beispielsweise möglich.
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Die
Antennenanordnung kann beispielsweise in das dielektrische Material
eingegossen sein. Es ist auch möglich,
dass der Gehäusevorsprung
einen Hohlraum für
die Aufnahme der Mikrowellen-Antennenanordnung aufweist. Denkbar
ist beispielsweise, dass der Gehäusevorsprung
durch eine Schutzhaube oder Schutzkappe für die Mikrowellen-Antennenanordnung
gebildet ist.
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An
dem Gehäusevorsprung
ist zweckmäßigerweise
ein Fluidkanal für
Fluid, beispielsweise Druckluft, angeordnet, durch den das Fluid
aus dem Bewegungsraum ausströmen
oder zum Betätigen
des Aktorglieds in den Bewegungsraum einströmen kann. Es versteht sich,
dass zum Einströmen
oder Ausströmen
des Fluids auch separate Kanäle
denkbar sind.
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Der
Gehäusevorsprung,
der die Mikrowellen-Antennenanordnung enthält, bildet zweckmäßigerweise einen
Bestandteil einer Dämpferanordnung
zur Verringerung der Endgeschwindigkeit des Aktorglieds im Bereich
des Endanschlags. Es versteht sich, dass auch ein separater Gehäusevorsprung
einer Dämpferanord nung
vorgesehen sein kann, das heißt
dass ein Gehäusevorsprung
für die
Mikrowellen-Antennenanordnung und ein Gehäusevorsprung für die Dämpferanordnung
denkbar sind.
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Neben
dem Gehäusevorsprung
der Dämpferanordnung
ist zweckmäßigerweise
mindestens ein mit dem Bewegungsraum kommunizierender Ausströmkanal der
Dämpferanordnung
angeordnet. Aus diesem Ausströmkanal
kann das Fluid aus dem Bewegungsraum gedrosselt ausströmen, während der
Fluidkanal im Gehäusevorsprung
durch die Ausnehmung am Aktorglied versperrt ist. An dem Ausströmkanal kann
eine Drosselanordnung angeordnet sein, die zweckmäßigerweise
einstellbar ist. Somit ist die Drosselwirkung und somit die Bremswirkung
der Dämpferanordnung
variabel. Es versteht sich, dass der Ausströmkanal an sich eine Drosselanordnung
bilden kann, beispielsweise weil er einen entsprechend kleinen Querschnitt
aufweist.
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Das
Gehäuse
des Aktors kann auch einen zweiten Endanschlag aufweisen, an dem
eine zweite Dämpferanordnung
zur Verringerung der Endgeschwindigkeit des Aktorglieds angeordnet
ist. Die zweite Dämpferanordnung
weist beispielsweise eine Ausnehmung auf, in die ein Vorsprung des
Aktorglieds eintaucht, wenn das Aktorglied an dem zweiten Endanschlag
anschlägt.
Es ist auch möglich,
dass das Aktorglied zwei Ausnehmungen aufweist, von denen eine für die Mikrowellen-Antennenanordnung und
eine auf der entgegengesetzten Seite des Aktorglieds angeordnete
Ausnehmung für
die zweite Dämpferanordnung
vorgesehen ist. Dann ist beispielsweise im Bereich des zweiten Endanschlags
ein Vorsprung vorgesehen, der in diese zweite Ausnehmung des Aktorgliedes
eintaucht.
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Die
Ausnehmung für
die Mikrowellen-Antennenanordnung ist beispielsweise in einem Mittenbereich des
Aktorgliedes angeordnet. Die jeweilige Ausnehmung ist zweckmäßigerweise
koaxial mit der Mikrowellen-Antennenanordnung.
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Der
Endanschlag neben bzw. ”hinter” der Mikrowellen-Antennenanordnung
ist zweckmäßigerweise Bestandteil
einer metallischen Gesamtstruktur des Gehäuses. Mechanische Belastungen
werden von dieser Gesamtstruktur aufgenommen.
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Das
bewegliche Aktorglied reflektiert anhand der Rillenanordnung die
Mikrowellen, die mit Hilfe der Mikrowellen-Antennenanordnung in den Bewegungsraum
eingekoppelt werden. Anhand einer Laufzeitmessung und/oder anhand
eines Phasenvergleichs zwischen ausgesendeten 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.
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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.
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Der
Aktor kann elektrisch und/oder fluidtechnisch, beispielsweise pneumatisch
oder hydraulisch, angetrieben werden. Auch ein sogenannter Hybrid-Antrieb,
der elektrisch und fluidtechnisch antreibbar ist, ist vorteilhaft.
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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 Fluidventils, beispielsweise ein Antriebskolben,
mit dem das Ventilglied pneumatisch angetrieben wird.
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Das
Aktorglied weist vorteilhaft eine Rillenanordnung mit mindestens
einer Rille zur Reflexion der Mikrowellen auf. Mit Hilfe der Rillenanordnung
werden die von der Antennenanordnung gesendeten Mikrowellen reflektiert.
Bereits eine Rille verbessert die Reflexionseigenschaften des Aktorgliedes.
Zweckmäßigerweise sind
zwei, drei oder mehr Rillen vorhanden.
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Beispielsweise
sendet die Mikrowellen-Antennenanordnung Mikrowellen im sogenannten
E01-Mode oder im H11-Mode. Wenn die gesendeten E01-Mikrowellen auf
das Aktorglied treffen, werden sie zweckmäßigerweise in eine koaxiale
TEM-Welle umgewandelt. Die H11-Mikrowellen werden zu H11-Hohlleiterwellen
in einer koaxialleiterartigen Struktur. Die Rillen behindern den
Stromfluss längs
der Außenseite
des Aktorglieds, wodurch die Mikrowellen reflektiert werden.
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Die
mindestens eine Rille hat zweckmäßigerweise
eine Tiefe entsprechend etwa 1/4 der Wellenlänge der sich im Bereich des
Innenraums der mindestens einen Rille ausbreitenden Mikrowellen.
Die Rille kann beispielsweise mit Luft gefüllt sein, so dass die Mikrowellen
in der Rille eine Wellenlänge
entsprechend einer Ausbreitung in Luft aufweisen. Es ist aber auch
möglich,
dass, wie oben erläutert,
der Innenraum mit einem dielektrischen Material ganz oder teilweise
gefüllt
ist. Die Tiefe der mindestens einen Rille ist dann zweckmäßigerweise
abhängig
von der Dielektrizitätszahl
des dielektrischen Materials. Zweckmäßigerweise ist die Tiefe der
Rille kleiner als 1/4 der Wellenlängen der Mikrowellen bezüglich Luft
als Ausbreitungsmedium. Die Wellenlänge der Mikrowellen in Luft
beträgt
beispielsweise λ0,
die Wellenlänge λ der Mikrowellen
im Bereich des Dielektrikums in der mindestens einen Rille berechnet
sich wie folgt:
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Wobei εr die Dielektrizitätszahl des
Dielektrikums ist. Die Tiefe der Rillen beträgt beispielsweise 2–5 mm.
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Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
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1 eine
Querschnittsansicht eines pneumatischen Zylinders mit einem Kolben,
der eine Ausnehmung für
einen Gehäuse-Vorsprung
aufweist, in dem eine Mikrowellen-Antennenanordnung angeordnet ist,
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2 eine
Querschnittsansicht eines pneumatischen Zylinders mit einem Kolben,
der eine Ausnehmung für
einen Gehäuse-Vorsprung
aufweist, in dem eine Mikrowellen-Antennenanordnung und ein Kanal
einer Dämpferanordnung
zur Verringerung der Endgeschwindigkeit des Kolbens angeordnet sind,
und
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3 eine
Querschnittsansicht eines pneumatischen Zylinders ähnlich wie
in 2, jedoch mit einem Kolben, der eine erste Ausnehmung
für einen
Gehäuse-Vorsprung einer Dämpferanordnung
und eine zweite Ausnehmung für
einen Gehäuse-Vorsprung
mit einer Antennenanordnung aufweist.
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Gleichartige
oder gleichwirkende Bestandteile der nachfolgenden Ausführungsbeispiele
sind mit denselben Bezugszeichen versehen und werden nur einmal
beschrieben.
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Ein
pneumatischer Arbeitszylinder 11a bildet einen Aktor 10a,
insbesondere einen fluidtechnischen Aktor. In einem Bewegungsraum 12 eines
Aktorgehäuses 13a ist
ein Aktorglied 14a linear hin und her beweglich angeordnet.
Das Aktorglied 14a ist durch einen Kolben 15a des
Arbeitszylinders 11 gebildet. Beim Ausführungsbeispiel handelt es sich
um einen pneumatischen Arbeitszylinder mit einer Kolbenstange, wobei
auch kolbenstangenlose Varianten, elektrische Antriebe, kombinierte
elektro-pneumatische Antriebe, insbesondere Linearantriebe, ohne
weiteres möglich
sind.
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Eine
Ventilanordnung 16, die beispielsweise ein 2/2-Ventil aufweist,
speist Druckluft 17 aus einer Druckluftquelle 18 über Druckluftanschlüsse 19, 20 in
den Bewegungsraum 12 ein bzw. ermöglicht das Ausströmen von
Druckluft aus den Druckluftanschlüssen 19, 20,
um den Kolben 15a anzutreiben, der den Bewegungsraum 12 in
zwei nicht näher
bezeichnete Teilkammern trennt. Am Außenumfang 30 des Kolbens 15a ist beispielsweise
hierfür
eine Dichtung 21a vorgesehen.
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Ein
Mittelteil 22 des Gehäuses 13 wird
stirnseitig durch einen Lagerdeckel 23a sowie einen Abschlussdeckel 24a verschlossen,
und begrenzt somit den Bewegungsraum bzw. die Kolbenkammer 12.
Der Lagerdeckel 23a wird an einer Öffnung 26 mit einer
Dichtung von einer Kolbenstange 25 durchdrungen, die ein
Kraftabgriffselement des Arbeitszylinders 11a bildet.
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Eine
Positionsmessvorrichtung 50 dient zu einer Positionserfassung
des Aktorglieds 14a innerhalb des Bewegungsraums 12,
beispielsweise eines Abstandes 28 des Kolbens 15a von
einem Endanschlag 27 am Deckel 24a.
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Die
Mikrowellen-Antennenanordnung 51 enthält z. B. eine Koppelsonde zum
Senden und Empfangen von Mikrowellen beispielsweise in einem Frequenzbereich
von etwa 10 MHz bis 25 GHz. Die Koppelsonde kann z. B. eine metallische
Sonde oder ein mit elektrisch leitfähigen Oberflächen versehenes
Kunststoffelement sein.
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Die
Mikrowellen-Antennenanordnung 54 ist mit einer Hochfrequenzeinrichtung 52,
beispielsweise einer Hochfrequenzplatine oder dergleichen, sowie
einer Auswerteeinrichtung 53 verbunden.
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Mit
Hilfe der Hochfrequenzeinrichtung 52 können Mikrowellen 54 erzeugt
werden, die die Mikrowellen-Antennenanordnung 54 in den
Bewegungsraum 12 einkoppelt. Der Bewegungsraum 12 bildet
einen Hohlleiter 56, der die Mikrowellen 54 bis
zum Aktorglied 14a leitet, das die Mikrowellen 54 reflektiert
und Reflexions-Mikrowellen 55 bildet.
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Die
Mikrowellen-Antennenanordnung 51 kann in einem dielektrischen
Abschnitt des Deckels 24a angeordnet sein. Der Deckel 24a besteht
ansonsten z. B. aus Metall. Ferner bestehen auch das Mittelteil 22 sowie
der Deckel 23a zweckmäßigerweise
aus Metall. Jedenfalls ist eine Innenwandung 29 des Mittelteils 22 zur Bildung
des Hohlleiters 56 elektrisch leitfähig.
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Die
Hochfrequenzeinrichtung 52 enthält nicht näher bezeichnete Einkopplungselemente
und Auskopplungselemente, zum Beispiel Kondensatoren, Millimeterwellen
Integrated Circuits (MMICs), Richtkoppler oder dergleichen. Die
Hochfrequenzeinrichtung 52 kann die Mikrowellen 54 vorteilhaft
in unterschiedlichen Frequenzen, auch mehreren unterschiedlichen, nicht
näher bezeichneten
Frequenzen, senden, beispielsweise mit Hilfe eines spannungsgesteuerten
Oszillators (VCO) oder dergleichen.
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Die
Hochfrequenzeinrichtung 52 sowie die Auswerteeinrichtung 53,
die Auswertemittel im Sinne der Erfindung enthält oder bildet, sind elektrisch
miteinander verbunden und können
auf einer gemeinsamen Trägerstruktur
angeordnet sein. Die Hochfrequenzeinrichtung 52 und/oder
die Auswerteeinrichtung 53 können im oder am Deckel 24a angeordnet
sein.
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Die
Auswerteeinrichtung 53 ermittelt beispielsweise anhand
der Laufzeit von Pulsen der Mikrowellen 54, 55 (Pulsradar),
anhand von Phasenverschiebungen zwischen hinlaufenden (54; 54') und rücklaufenden
Mikrowellen 55 (Interferometer-Verfahren), anhand eines FMCW-Verfahrens
(Frequency Modulated Continuous Wave) oder dergleichen die Position
die z. B. dem Abstand 51 entspricht, des Aktorglieds 14a innerhalb
des Bewegungsraumes 12. Beispielsweise enthält die Auswerteeinrichtung 54 und/oder
die Hochfrequenzeinrichtung 52 eine Mischeinrichtung zum
Mischen, z. B. zum Multiplizieren der gesendeten Mikrowellen 54 und
der reflektierten Mikrowellen 55, einen Prozessor, einen
Speicher und/oder weitere elektronische Bauelemente, beispielsweise
ASICs (Application Specific Integrated Circuits) oder dergleichen.
Die Auswerteeinrichtung 53 sendet ein die jeweilige Position
des Aktorglieds 14a repräsentierendes Positionssignal 57 drahtlos
mit einer Antenne 58 oder über eine Leitung 59,
z. B. an eine übergeordnete
Steuerung S.
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Eine
Koppelsonde 60 der Antennenanordnung 51 ist in
einem Gehäusevorsprung 36a angeordnet. Der
Gehäusevorsprung 36a ist
an einer Stirnseite 37 des Gehäuses 13 vorgesehen.
Der Gehäusevorsprung 36a kann
einstückig
mit dem Deckel 24a sein.
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Es
versteht sich, dass die Koppelsonde 60 auch in einem Gehäusevorsprungkörper 38 angeordnet sein
kann, der am ansonsten aus Metall bestehende Deckel 24a angeordnet
sein kann. Der Vorsprungkörper 38 ist
beispielsweise ein an den Deckel 24a angespritzter Kunststoffkörper.
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Die
Koppelsonde 60 steht sozusagen frei vor die Stirnseite 37 vor.
Eine dielektrische Ummantelung der Koppelsonde 60 ist vorteilhaft.
Für die
Mikrowellen 54, 55 steht somit bereits im Bereich
der Antennenanordnung 51 und der Koppelsonde 60 der
volle Innendurchmesser des Bewegungsraums 12 als Hohlleiterraum zur
Verfügung.
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Korrespondierend
zu dem Gehäusevorsprung 38a ist
am Aktorglied 14a eine Ausnehmung 39a vorgesehen.
Eine Innenkontur der Ausnehmung 39a korrespondiert mit
dem Gehäusevorsprung 36a.
Die Ausnehmung 39a ist zweckmäßigerweise derart tief, dass
eine Stirnseite oder Vorderseite des Gehäusevorsprungs 36a nicht
bis zum Boden 41 der Ausnehmung 39a gelangt, wenn
der Kolben 15a am Endanschlag 27 auftrifft. Dann
schlägt
eine ringförmige
Anschlagfläche
des Kolbens 15a, innerhalb derer die Ausnehmung 39a angeordnet
ist, auf eine ebenfalls ringförmige
Anschlagfläche 43 des
Deckels 24a an. Der Vorsprung 36a und somit die
Antennenanordnung 41 stehen vor die ringförmige Anschlagfläche 43 vor.
Mechanische Kräfte
beim Auftreffen des Kolbens 15a auf den Anschlag 27 werden
somit von den Anschlagflächen 42, 43 aufgenommen. Die
Mikrowellen-Antennenanordnung 51 ist
mechanisch dadurch nicht belastet.
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An
einem Außenumfang 30 eines
Aktorkörpers 31a,
beispielsweise eines Metallkörpers
oder eines elektrisch leitenden, z. B. beschichteten, Kunststoffkörpers des
Kolbens 15 ist vorteilhaft eine Rillenanordnung 32a mit
Rillen 33a angeordnet.
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An
sich würde
die elektrisch nicht leitfähige
Dichtung 21a eine der Mikrowellen 54 verschlechtern
oder gar verhindern. Durch die Rillenanordnung 32a jedoch
werden die Mikrowellen 54 reflektiert, so dass die Reflexions-Mikrowellen 55 gebildet
werden.
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Eine
Tiefe 34a der Rillen 33, die beispielsweise einen
rechteckigen Querschnitt aufweisen, ist auf die Frequenz oder Wellenlänge der
Mikrowellen 54 abgestimmt. Dabei ist die dielektrische
Eigenschaft der Dichtung 31a, die sich in Innenräume 35 der
Rillen 33a erstreckt, berücksichtigt. Die Tiefe 34a beträgt beispielsweise
1/4 der Wellenlänge
der Mikrowellen 54 im Bereich der Innenräume 35,
wobei die Wellenlänge
der Mikrowellen im Bereich der Innenräume 35, z. B. Luft,
in Abhängigkeit
der Dielektrizitätszahl
des Materials für
die Dichtung 21a verringert ist.
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Ein
Kolben 15b eines Arbeitszylinders 11b ist zwischen
einem ersten Endanschlag 27 und einem zweiten Endanschlag 65 in
einem Bewegungsraum 12 eines Aktorgehäuses 13b linear hin
und her beweglich gelagert. Die Endanschläge 27, 65 werden
durch Anschlagflächen 43, 63 gebildet,
die zweckmäßigerweise
ringförmig
sind. Vor die Anschlagfläche 43 des
Deckels 24b steht ein Gehäusevorsprung 36b vor,
in dem die Antennenanordnung 51, das heißt eine
Koppelsonde 60, angeordnet ist. Wenn der Kolben 15b am
Anschlag 27 auftrifft, tritt der Gehäusevorsprung 36b in
eine Ausnehmung 39b am Kolben 15b ein.
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Auf
der anderen Seite des Kolbens 15b ist das umgekehrte Prinzip
realisiert: vor den Kolben 15b steht in Richtung des Endanschlags 65 ein
Vorsprung 64 vor, der in eine Ausnehmung 66 an
einem Anschlagring 67 eintritt, wenn der Kolben 15b am
Endanschlag 65 auftrifft. Der Vorsprung 64 ist
einstückig
mit dem Kolben 15b. Der Anschlagring 67 könnte prinzipiell
einen Bestandteil des Deckels 23b bilden, ist vorliegend
aber als ein separates Bauteil ausgestaltet.
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Der
Gehäusevorsprung 36b wird
durch einen Gehäusevorsprungkörper 38b gebildet.
Der Vorsprungkörper 38b besteht
zweckmäßigerweise
aus dielektrischem Material, beispielsweise aus einem Kunststoff
(Polycarbonat oder ein vergleichbares Material). Bevorzugt ist ein
Kunststoffmaterial, das eine geringe Feuchtigkeitsaufnahme aufweist,
so dass sich die dielektrischen Eigenschaften des Vorsprungkörpers 38b nicht
oder nur unwesentlich ändern.
Der Deckel 24b besteht ansonsten zweckmäßigerweise aus Metall, so dass
die Anschlagfläche 43 eine
hohe mechanische Belastbarkeit aufweist. Auch der Deckel 23b besteht
im Wesentlichen aus Metall. Somit treffen die ringförmigen Anschlagflächen 42, 62 des
Kolbens 15b auf mechanisch belastbare ringförmige Anschlagflächen 43, 63 des
Deckel 23b, 24b, während der Gehäusevorsprung 36b sowie
der Vorsprung 64 in korrespondierende Ausnehmungen 39b des
Kolbens sowie 66 des Deckels 23b im Wesentlichen frei
und mechanisch nicht oder kaum belastet eintreten können. Die
mechanische Belastung insbesondere der Antennenanordnung 51 ist
dadurch gering.
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Die
Vorsprungkörper 38a, 38b haben
ein kleines Volumen. Veränderungen
der Dielktrizitätseigenschaften
des Material der Vorsprungkörper 38a, 38b,
beispielsweise aufgrund von Feuchtigkeit oder dergleichen, wirken
sich somit auf die Mikrowellen 54, 55 verhältnismäßig wenig
aus.
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Der
Gehäusevorsprung 36b hat
eine zusätzliche
Funktionalität:
er bildet einen Bestandteil einer Dämpferanordnung 70 zur
Dämpfung
eines Aufpralls des Kolbens 15b am Endanschlag 27.
Der Vorsprung 64 und die Ausnehmung 66 bilden
Bestandteile einer zweiten Dämpferanordnung 71 zur
Dämpfung
eines Aufpralls des Kolbens 15b am Endanschlag 65.
Auf den jeweils letzten Endabschnitten eines Bewegungsweges des
Kolbens 15b treten der Gehäusevorsprung 36b in
die Ausnehmung 39b und beim Anschlag 65 der Vorsprung 64 in
die Ausnehmung 66 ein. Dann sind Kanäle 72, die in Fluidverbindung
mit den Anschlüssen 19, 20 stehen,
verschlossen. Somit kann Fluid nicht mehr über den jeweils abströmseitigen
Fluid-Kanal 72 aus dem Bewegungsraum 12 ausströmen, sondern
muss über
Ausströmkanäle 73 ausströmen. Die
Ausströmkanäle 73 stehen
in Fluidverbindung mit den Anschlüssen 19, 20,
beispielsweise über
eine Verbindung zu den Kanälen 72.
Die Ausströmkanäle drosseln
das Ausströmen
der Luft oder des Fluids aus dem jeweils abströmseitigen Teil des Bewegungsraumes 12.
Beispielsweise haben die Ausströmkanäle 73 einen
entsprechend kleinen Durchströmquer schnitt.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn an den Ausströmkanälen 73 Drosseln 74 vorgesehen
sind. Die Drosseln 74 sind zweckmäßigerweise einstellbar, so
dass auf diesem Wege die Dämpferwirkung
oder Bremswirkung der Dämpferanordnungen 70, 71 variabel
ist.
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Die
Dämpferanordnungen 70, 71 sind
zweckmäßigerweise
Bestandteile der Deckel 23b, 24b. Es versteht
sich, dass die Dämpferanordnungen 70, 71 auch
außerhalb
des Aktors 10b angeordnete Komponenten aufweisen können, beispielsweise
Ventile oder dergleichen. Ferner ist es denkbar, dass nur eine der
Dämpferanordnungen 70 oder 71 vorgesehen
ist.
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Die
zweite Dämpferanordnung 71 entspricht
einer Dämpferanordnung,
die üblicherweise
bei pneumatischen Zylindern mit Kolbenstange verwendet wird. Die
erste Dämpferanordnung 70,
die der Antennenanordnung 51 gegenüberliegt, folgt einem bei Zylindern
mit Kolbenstange neuartigen Bauprinzip. Der Vorsprung ist nämlich nicht
wie bei der zweiten Dämpferanordnung 71 am
Kolben, sondern am Gehäuse
angeordnet, während
bei der ersten Dämpferanordnung 70 die
Ausnehmung am Kolben 15b, der Vorsprung am Gehäuse angeordnet
ist. Die Kanäle 72 münden an
Mündungen 75 an
dem Gehäusevorsprung 36b sowie
der Ausnehmung 66.
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Der
Gehäusevorsprung 36b hat
eine Doppelfunktion: einerseits bildet er einen Bestandteil der
ersten Dämpferanordnung 70 und
andererseits dient er als Schutzgehäuse für die Antennenanordnung 51 mit
der Koppelsonde 60, insbesondere für deren vorderen Teil. Ein
Teilabschnitt des Kanals 72 verläuft in dem Gehäusevorsprung 36a.
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Es
wäre denkbar,
dass die Antenne oder Koppelsonde 60 in einem Hohlraum 61 des
Gehäusevorsprungkörpers 38b anzuordnen.
Der Vorsprungkörper 38b wäre dann
eine Art Schutzkappe für
die Koppelsonde 60.
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An
der Ausnehmung 39b ist eine Rillenanordnung 32b mit
Rillen 33b angeordnet. Die Rillen 33b reflektieren
die Mikrowellen 54. Der Kolben 15b enthält z. B.
einen Aktorkörper 31b,
an dem eine Hülse 44 mit der
Rillenanordnung 32b angeordnet ist. Die Hülse 44 ist
z. B. in einer Ausnehmung 46 am Aktorkörper 31b, der z. B.
aus Kunststoff oder Metall besteht.
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Die
Rillen 33b sind an einem Außenumfang der elektrisch leitenden,
z. B. metallischen Hülse 44 angeordnet.
Die Hülse 44 besteht
beispielsweise aus Metall oder aus außen elektrisch leitend beschichtetem Kunststoff.
Die Hülse 44 enthält die Ausnehmung 38b für den Dämpfervorsprung 37b.
Prinzipiell wäre
es ausreichend, wenn die Rillen 33b am Außenumfang
der Hülse 44 vorhanden
sind. Im vorliegenden Fall ist auch ein Boden 45 der Hülse 44 aus
Metall. Es ist nicht notwendig, dass der vorteilhaft elektrisch
leitende Bodenbereich 45 vorhanden ist.
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Insbesondere
bei einem elektrisch leitenden, z. B. aus Metall bestehenden Aktorkörper 31b ist
die Rillenanordnung 32b nicht erforderlich.
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Prinzipiell
wäre es
auch denkbar, Rillen unmittelbar an der Ausnehmung 46 für die Hülse 44 vorzusehen,
z. B. als Ausfräsungen.
Sofern der Aktorkörper 31b aus
Kunststoff besteht, können
diese Rillen beispielsweise mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung
versehen sein, beispielsweise durch ein physikalisches oder chemisches
Bedampfungsverfahren (Physical Vapor Deposition/PVD; Chemical Vapor
Deposition/CVD).
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Ein
Aktor 10c, z. B. ein pneumatischer Zylinder 11c,
gleicht teilweise dem Aktor 10b.
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Eine
Positionsmessvorrichtung 50' des
Aktors 10c erzeugt mit einer Antennenanordnung 51' Mikrowellen 54' im sogenannten
H11-Mode. Im Bereich der Ausnehmung 39b werden die Mikrowellen 54' zu Wellen in
einer koaxialleiterartigen Struktur.
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Die
Antennenanordnung 51' ist
am Deckel 24c angeordnet. Die Antennenanordnung 51' enthält eine Antenne 60', z. B. eine
Koppelsonde. Die Antenne 60' ist
innerhalb eines Gehäusevorsprungs 47 angeordnet, der
vor den Endanschlag 27 auf der Seite eines Deckels 23c des
Arbeitszylinder 11c vorsteht. Der Gehäusevorsprung 47 bildet
einen Schutzkörper
für die
Koppelsonde 60. Am Aktorglied 14c bzw. Kolben 15c ist
eine mit dem Gehäusevorsprung 47 korrespondierende
Ausnehmung 48 angeordnet. Die Ausnehmung 48 kann eine
ringförmige
Ausnehmung sein, so dass es auf die jeweilige Drehposition des Kolbens 15 nicht
ankommt. Vorteilhaft ist der Kolben 15 jedoch verdrehgesichert,
das heißt
die Ausnehmung 48 kann sich nur über einen Teilumfang des Kolbens 15 erstrecken.
Durch die Verdrehsicherung ist gewährleistet, dass die Ausnehmung 48 beim
Auftreffen des Kolbens 14c am Endanschlag 27 die
Ausnehmung 48 auf den Gehäusevorsprung 47 ”trifft”. Es ist
zweckmäßigerweise
zwischen der Ausnehmung 48 und dem Gehäusevorsprung 47 noch
ausreichend Spiel, dass der Vorsprung 47 mechanisch nicht
oder nur unwesentlich belastet wird.
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Der
Gehäusevorsprung 47 steht
vor eine Stirnseite 37c des Deckels 24c vor. Der
Gehäusevorsprung 47 wird
beispielsweise durch einen aus dielektrischem Material gefertigten
Gehäusevorsprungkörper 49 gebildet.
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Die
Koppelsonde 60' steht
von einer Längsseitenwandung
des Gehäuses 13c nach
radial innen vor. Dementsprechend ist die Ausnehmung 48 an
einem Randbereich des Aktorglieds 14c angeordnet.
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Das
Aktorglied 14c hat somit zwei Ausnehmungen: die Ausnehmung 46 der
ersten Dämpferanordnung 70 sowie
die Ausnehmung 48 für
die Antennenanordnung 51.
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Am
jeweiligen Außenumfang
der Kolben 15b, 15c sind keine Rillen oder Rillenanordnungen
vorgesehen, sofern der Aktorkörper 31b aus
Kunststoff besteht. Bei einem Aktorkörper aus Metall könnte man
eine Rillenanordnung an einen Außenumfang des Aktorkörpers wie
in 1 vorgesehen. Am Außenumfang der Kolben 15b, 15c sind
Dichtungen 21b, 21c angeordnet.
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Es
versteht sich, dass die Erfindung auch bei einem elektrischen Antrieb
oder einem elektro-fluidischen Hybridantrieb realisierbar ist. Beispielsweise
könnte
der Kolben 15a einen Magneten 102 aufweisen, der durch
eine Erregerspulenanordnung 100 angetrieben werden. Die
Erregerspulenanordnung 100 bildet eine elektrische Antriebskomponente 101 zum
Antrieben des Aktorglieds 15a.