DE20003631U1 - Device for locating a movable body in a given space - Google Patents
Device for locating a movable body in a given spaceInfo
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Description
Kuhnke GmbH
Lütjenburger Straße 101
23714 MalenteKuhnke GmbH
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Einrichtung zum Orten eines bewegbaren Körpers in einem vorgegebenen RaumDevice for locating a movable body in a given space
Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zum Orten eines bewegbaren Körpers in einem vorgegebenen Raum mit endseitigen Stirnseiten durch sich vom Ort des Körpers im Raum abhängig ändernde, messtechnisch erfassbare und auswertbare maxwell'sche Felder.The invention is based on a device for locating a movable body in a given space with end faces by means of Maxwell fields that change depending on the position of the body in the space and can be measured and evaluated.
Derartige Geräte werden u. a. an/in Aktoren eingesetzt, die einen Körper in einem vorgegebenen Raum enthalten, der auf einer begrenzten Strecke translatorisch bewegbar ist. Ein solcher Körper ist beispielsweise der Kolben oder Schlitten einer Aktor-Einheit, wobei der den Körper umhüllende, vorgegebene Raum aus einem Zylinderrohr gebildet ist, das aus einem magnetisch nicht leitendem Werkstoff besteht. Der im Raum bewegbare Körper ist zum Aufbringen maxwelFscher Felder mit einem Permanentmagneten bestückt, dessen Feldlinien nach außerhalb des Raumes die magnetisch nichtleitende Raumwand durchdringen. Außerhalb des Raumes sind an vorgegebenem Ort ein oder mehrere Sensoren angeordnet, welche bei Erreichen des Ortes die die Raum-Such devices are used, among other things, on/in actuators that contain a body in a given space that can be moved translationally over a limited distance. Such a body is, for example, the piston or slide of an actuator unit, whereby the given space enclosing the body is formed from a cylinder tube made of a magnetically non-conductive material. The body that can be moved in the space is equipped with a permanent magnet to apply MaxwelF fields, the field lines of which penetrate the magnetically non-conductive room wall to the outside of the room. Outside the room, one or more sensors are arranged at a given location, which, when they reach the location, measure the room
wandung durchdringenden Feldlinien erfaßt und als Signal auswertet. Hierbei kann der Aktor fluidisch oder elektrisch betrieben sein.The field lines penetrating the wall are detected and evaluated as a signal. The actuator can be fluidically or electrically operated.
Ein fluidisch betriebener Aktor weist als im Raum bewegbaren Körper einen im Raum radial druckdichten, translatorisch beweglich gelagerten Kolben auf, dem durch wechselseitige Druckbeaufschlagung und Druckentlastung eine translatorische Bewegung entlang seiner Bewegungsstrecke aufgezwungen wird.A fluidically operated actuator has a piston that is radially pressure-tight and mounted in a translationally movable manner as a body that can be moved in space. A translational movement is forced upon the piston along its path of movement by alternating pressurization and pressure relief.
Ein elektrisch betriebener Aktor der betreffenden Gattung weist beispielsweise als Körper einen entlang seiner Bewegungsstrecke geführten, translatorisch bewegbaren Schlitten auf, der an seinen Stirnseiten durch ein Umlenkmittel gefangen ist. Das Umlenkmittel kann z. B. ein Seilzug oder ein Zahnriemen sein, der über den Antrieb eines Elektromotors und in Verbindung mit einer Umlenkrolle den Schlitten eine translatorische Bewegung ausführen lässt. Vorzugsweise ist zur Signalabfrage auch hier der Schlitten mit einem Permanentmagneten bestückt, der mit einem ortserkennenden Sensor in vergleichbarer Weise, wie bei einem fluidischen Aktor, zusammenwirkt.An electrically operated actuator of the type in question has, for example, a body that is guided along its path of movement and can be moved in translation, and which is held in place at its front ends by a deflection means. The deflection means can be, for example, a cable pull or a toothed belt that allows the carriage to perform a translational movement via the drive of an electric motor and in conjunction with a deflection roller. Preferably, the carriage is also equipped with a permanent magnet for signal interrogation, which interacts with a location-detecting sensor in a similar way to a fluidic actuator.
Bei diesen zitierten Ausführungen ist nachteilig, dass der Sensor jeweils radial an der äußeren Seite des den Körper umhüllenden Raumes angeordnet ist. Der hierdurch beanspruchte Platzbedarf macht den Aktor mit montiertem Sensor für radial beengte Einbauverhältnisse ungeeignet.The disadvantage of these cited designs is that the sensor is arranged radially on the outer side of the space surrounding the body. The space required as a result makes the actuator with the mounted sensor unsuitable for radially restricted installation conditions.
Es sind weiterhin Einrichtungen zum Orten eines bewegbaren Körpers in einem vorgegebenen Raum bekannt, bei denen eine kontinuierliche Abfrage der jeweiligen Position des Körpers in dem Raum möglich ist. In einer technisch einfachen Ausführung weist der Körper eine Schleifeinrichtung auf, die entlang der Bewegungsstrecke des Körpers mit einem Linearpotentiometer derart zusammenwirkt, dass sich jeweils ein ortszugehöriger elektrischer Widerstand als Messsignal einstellt.Furthermore, devices for locating a movable body in a given space are known, with which a continuous query of the current position of the body in the space is possible. In a technically simple embodiment, the body has a sliding device that interacts with a linear potentiometer along the path of movement of the body in such a way that a location-related electrical resistance is set as a measurement signal.
Hierbei ist nachteilig, dass das Potentiometer einerseits durch die Schleifeinrichtung auf der Widerstandsbahn verschleißbehaftet ist, andererseits, dass ein erheblicher gerätetechnischer Aufwand erforderlich ist, dieses Messsystem gegenüber Umwelt- und Verschmutzungseinflüssen, die vor allem auch innerhalb des Raumes auftreten, so ausreichend zu kapseln, dass keine ungewollten Widerstandsänderungen auftreten.The disadvantage here is that, on the one hand, the potentiometer is subject to wear due to the grinding device on the resistance track, and, on the other hand, that a considerable amount of equipment is required to encapsulate this measuring system sufficiently against environmental and pollution influences, which occur especially within the room, so that no unwanted changes in resistance occur.
Die DE 31 16 333 C2 beschreibt eine Einrichtung der genannten Gattung, welche die Positionen des Körpers in einem Raum durch eine Sende/Empfangseinrichtung ermittelt. Hier wird eine Sende- und Empfangseinrichtung zum Raum hin adaptiert, wobei Schallwellen, Lichtwellen oder magnetische Wellen gezielt ausgesandt und von dem Körper reflektiert werden. Das Aussenden geschieht impulsweise. Durch eine Messung der Laufzeit des Signales ergibt sich ein Rückschluss auf den augenblicklichen Ort des bewegbaren Körpers im Raum. Nachteilig bei dieser Ausführung ist ein recht erheblicher gerätetechnischer und messtechnischer Aufwand. Weiterhin erfordert diese Messanordnung einen gewissen Mindestabstand des Körpers bezogen auf die die Wellen aussendende Einrichtung.DE 31 16 333 C2 describes a device of the type mentioned, which determines the position of the body in a room using a transmitting/receiving device. Here, a transmitting and receiving device is adapted to the room, whereby sound waves, light waves or magnetic waves are specifically emitted and reflected by the body. The emission occurs in pulses. By measuring the travel time of the signal, a conclusion can be drawn about the current location of the movable body in the room. The disadvantage of this design is the considerable amount of equipment and measurement technology required. Furthermore, this measuring arrangement requires a certain minimum distance between the body and the device emitting the waves.
Aus der DE 31 23 572 C2 ist eine Einrichtung zum Orten eines bewegbaren Körpers bekannt, bei dem entlang der Bewegungsstrecke des Körpers Magnetspeicherspurengruppen auf einen Träger aufgebracht sind. Durch einen Schreib-Lese-Lösch-Kopf wird die jeweils ortsbezogene Abhängigkeit des Körpers erkannt und ausgewertet. Hierbei besteht die Möglichkeit, einzelne Spurengruppen von außerhalb des Raumes mit entsprechenden Kodierungen bzw. Programmen wahlweise zu beschreiben bzw. zu löschen und neu zu beschreiben. Auch diese Ausführung erfordert gerate- und messtechnischen Aufwand.DE 31 23 572 C2 discloses a device for locating a moving body, in which groups of magnetic storage tracks are applied to a carrier along the path of movement of the body. The location-related dependency of the body is recognized and evaluated by a read-write-erase head. This makes it possible to optionally write, erase and rewrite individual groups of tracks from outside the room using appropriate codes or programs. This design also requires equipment and measuring technology.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Einrichtung zum Orten eines beweglichen Körpers in einem vorgegebenen Raum vorzuschlagen, welche sowohl verschleißfreie, punktuelle bzw. kontinuierliche Messungen mit hoher Genauigkeit ermöglicht und gleichzeitig gegen Umwelteinflüsse im weitesten Sinne geschützt ist. Außerdem soll die Einrichtung die radialen Abmessungen eines Aktors entlang der Bewegungsstrecke des Körpers im Raum nicht vergrößern. Ferner soll sie preiswert herstellbar und für Großserien geeignet sein.The object of the invention is to propose a device for locating a moving body in a given space, which enables wear-free, point-by-point or continuous measurements with high accuracy and at the same time is protected against environmental influences in the broadest sense. In addition, the device should not increase the radial dimensions of an actuator along the path of movement of the body in space. Furthermore, it should be inexpensive to manufacture and suitable for large series.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass dem Raum mindestens eine, maxwell'sche Felder leitende Flussleiteinrichtung entlang wenigstens eines Teiles der möglichen Bewegungsstrecke des Körpers im Raum zugeordnet ist, dass das jeweils ortsdefinierende Feld stirnseitig, bzw. wenigstens nahe einer Stirnseite des Raumes aus der Flussleiteinrichtung austritt, ferner, dass das ortsdefinierende Feld durch einen, außerhalb des Raumes, an der Austrittsseite des Feldes aus der Flussleiteinrichtung zugeortnetem Sensor erfaßt und eine dem Sensor nachgeordnete Auswerteschaltung stirnseitig bzw. wenigstens nahe einer Stirnseite des Raumes und des Sensor angeordnet ist.The object is achieved in that at least one flux guide device conducting Maxwell fields is assigned to the room along at least part of the possible movement path of the body in the room, that the respective location-defining field exits the flux guide device at the front or at least near one front side of the room, furthermore that the location-defining field is detected by a sensor assigned outside the room, on the exit side of the field from the flux guide device, and an evaluation circuit arranged downstream of the sensor is arranged at the front or at least near one front side of the room and the sensor.
Der erfindungsgemäße Gedanke wird im folgenden beispielhaft anhand eines fluidischen Aktors, einer sogenannten Kolben-Zylindereinheit beschrieben. Bei einer solchen Kolben-Zylindereinheit ist der Raum z. B. durch ein kreisrundes oder elliptisch ausgeformtes Zylinderrohr mit vorgegebener Wanddicke und entsprechender Längserstreckung aus magnetisch nichtleitendem Werkstoff gebildet. Innerhalb des Raumes ist ein translatorisch bewegbarer Körper in Form eines Kolbens angeordnet, der z. B. mit einer, aus dem Raum austretenden Kolbenstange zur Kraftabgabe schlüssig verbunden ist. Die den Raum axial begrenzenden Stirnseiten des Zylinderrohres sind je mit einem Abschlussteil, einem sogenannten Zylinderdeckel, druckdicht verschlossen, wobei wenigstens eines der Abschlussteile eine Durchbrechung aufweist, die von der Kolbenstange vom Rauminneren her nach außen durchdrungen ist.The inventive concept is described below using a fluidic actuator, a so-called piston-cylinder unit, as an example. In such a piston-cylinder unit, the space is formed, for example, by a circular or elliptical cylinder tube with a predetermined wall thickness and corresponding longitudinal extension made of magnetically non-conductive material. A translationally movable body in the form of a piston is arranged within the space, which is connected, for example, to a piston rod emerging from the space to release force. The end faces of the cylinder tube that axially delimit the space are each sealed pressure-tight with a closing part, a so-called cylinder cover, with at least one of the closing parts having an opening through which the piston rod penetrates from the inside of the space to the outside.
Um in einer ersten Ausführung den Erfindungsgedanken zu realisieren, ist das Zylinderrohr aus magnetisch nichtleitendem Werkstoff gewählt, ebenso auch die stirnseitigen Abschlussteile. Durch entsprechende fluidische Ansteuerung bewegt sich der Körper im Raum unter Bildung zweier veränderbarer Räume. Diese Änderung der Raumgröße erfolgt bei gleichbleibendem Zylinderrohrinnendurchmesser in Längserstreckung des Raumes und ist jeweils abhängig von dem augenblicklichen Ort des Körpers im Raum.In order to implement the inventive concept in a first embodiment, the cylinder tube is made of a magnetically non-conductive material, as are the end parts on the front. By means of appropriate fluidic control, the body moves in space, forming two changeable spaces. This change in the size of the space takes place in the longitudinal extension of the space while the cylinder tube inner diameter remains the same and is dependent on the current location of the body in space.
Durch eine Wandung vom Raum getrennt, weist das Zylinderrohr Flussleiteinrichtungen auf, wovon wenigstens eine an einer Stirnseite des Rohres abschließt. An dieser Stirnseite der Flussleiteinrichtung wird beispielsweise durch einen Permanentmagneten, bzw. durch einen Elektromagneten ein magnetisches Feld auf die Flussleiteinrichtung eingebracht, welches sich innerhalb der Flussleiteinrichtung entsprechend ausbreitet und an deren Oberfläche Streufelder austreten läßt. Diese Streufelder werden im Raum durch eine dem bewegbaren Körper zugeordnete Flussleiteinrichtung aufgenommen, in eine weitere Flussleiteinrichtung eingespeist und über letztere einem Sensor zugeführt. Der Sensor und der eingesetzte Magnet stehen ihrerseits über eine weitere Flussleiteinrichtung in Wirkverbindung, so dass sich ein geschlossener Kreis des magnetischen Flusses ergibt. Ein auswertbares Signal ist immer dann gegeben, wenn dieser Kreis gestört wird, d. h., unterbrochen bzw. geschlossen, verstärkt, bzw. geschwächt wird. Eine Unterbrechung dieses Kreises läßt sich beispielsweise erreichen, wenn eine der Flussleiteinrichtungen eine ortsdefinierte Länge aufweist, welche kürzer als die Bewegungsstrecke des Körpers ist. Überschreitet der Körper aufgrund seiner Bewegung die längenbegrenzende Strecke der Flussleiteinrichtung, ist der Flusskreis unterbrochen, und dieses wird als Signal durch den Sensor erkannt. Ändert sich die Bewegungsrichtung des Körpers, fährt der Körper wieder in den Flusskreis ein und schließt diesen, wodurch das Signal des unterbrochenen Flusskreises invertiert wird.Separated from the space by a wall, the cylinder tube has flux guide devices, at least one of which terminates at one end of the tube. At this end of the flux guide device, a magnetic field is introduced onto the flux guide device, for example by a permanent magnet or an electromagnet, which spreads out within the flux guide device and allows stray fields to emerge on its surface. These stray fields are absorbed in the space by a flux guide device assigned to the movable body, fed into another flux guide device and fed to a sensor via the latter. The sensor and the magnet used are in turn operatively connected via another flux guide device, so that a closed circuit of magnetic flux is created. An evaluable signal is always given when this circuit is disturbed, i.e. interrupted or closed, strengthened or weakened. An interruption of this circuit can be achieved, for example, if one of the flux guide devices has a location-defined length that is shorter than the distance the body moves. If the body exceeds the length-limiting section of the flux guide device due to its movement, the flow circuit is interrupted and this is detected as a signal by the sensor. If the direction of movement of the body changes, the body moves back into the flow circuit and closes it, which inverts the signal of the interrupted flow circuit.
Weist beispielhaft ein Aktor mehrere Flussleiteinrichtungen jeweils unterschiedlicher Länge mit je einem zugeordneten Sensor auf, ist jeder dieser Flussleiteinrichtungen wenigstens auch ein definiertes Signal, ortsabhängig vom bewegbaren Körper, zugeordnet.For example, if an actuator has several flux guiding devices, each of different lengths, each with an associated sensor, each of these flux guiding devices is also assigned at least one defined signal, depending on the location of the movable body.
In anderer Anwendung ist zwischen der Flussleiteinrichtung und dem bewegbaren Körper ein Übertragungsstück mit hoher Leitfähigkeit für die verwendeten Felder eingefügt. Dieses Übertragungsstück ist von den Stirnseiten her entlang der Bewegungsstrecke des Körpers verschiebbar und an vorgegebenem Ort fixierbar.In another application, a transmission piece with high conductivity for the fields used is inserted between the flux guide device and the movable body. This transmission piece can be moved from the front sides along the movement path of the body and fixed at a predetermined location.
Bei Übereinstimmung des Ortes des Übertragungsstückes und des bewegbaren Körpers ergibt sich ein erhöhter Fluss im Kreis, der durch den Sensor erkannt und der Auswerteschaltung zugeführt wird.If the location of the transfer piece and the movable body match, an increased flow in the circuit results, which is detected by the sensor and fed to the evaluation circuit.
In wiederum anderer Ausführung ist die Kolben-Zylindereinheit mit mehreren verschiebbaren, also einstellbaren Übertragungsstücken versehen. Die Einstellung auf einen bestimmten Ort kann nach Gesichtspunkten der Zweckmäßigkeit bzw. der Erfordernisse von einer oder beiden Stirnseiten der Kolben-Zylindereinheit her erfolgen. Mit einer solchen Kolben-Zylindereinheit ist. z. B. eine definierte Anschlagposition des Kolbens an dem jeweiligen stirnseitigen Abschlussteil einstellbar und abfragbar.In yet another version, the piston-cylinder unit is provided with several movable, i.e. adjustable, transfer pieces. The adjustment to a specific location can be made from one or both ends of the piston-cylinder unit depending on the expediency or requirements. With such a piston-cylinder unit, for example, a defined stop position of the piston on the respective end part on the front side can be set and checked.
Werden die Übertragungsstücke an Orten vor der Anschlagposition des Kolbens eingestellt, so wird auch an diesen Positionen ein Nutzsignal ausgegeben. Dieses Signal beeinflußt z. B. ein Ventil, das einen definiert gesteuerten Gegendruck in den mit der Entlüftung korrespondierenden Raum einspeist. Hierdurch wird die ursprüngliche Bewegungsenergie des Kolbens gemindert, so dass ein relativ weicher Endanschlag erfolgt.If the transfer pieces are set at locations before the piston's stop position, a useful signal is also emitted at these positions. This signal influences, for example, a valve that feeds a defined, controlled counterpressure into the space corresponding to the vent. This reduces the original kinetic energy of the piston, so that a relatively soft end stop occurs.
In weiterer Ausgestaltung ergibt sich über die Bewegungsstrecke des Körpers ein sich ortsbezogen änderndes Signal, wodurch stets der augenblickliche Ort des Körpers im Raum lokalisierbar ist. Hierbei kann man beispielsweise so verfahren, dass die das Feld erzeugende Einrichtung, z. B. ein Permanentmagnet, dem bewegbaren Körper zugeordnet ist und somit die Bewegungsstrecke des Körpers entlang der Bewegungsachse mit durchfährt. Der Raum steht wiederum wenigstens mit einer Flussleiteinrichtung in Wirkverbindung, wobei die Flussleiteinrichtung so ausgebildet ist, dass die aus der das Feld erzeugende Einrichtung austretenden Streufelder einen über die gesamte Bewegungsstrecke sich proportional zur Strecke ändernden Messluftspalt überwinden müssen. Dieses ist dadurch erreichbar, indem beispielsweise die Bewegungsstrecke des Körpers und die den Messluftspalt bildende Oberfläche der Flussleiteinrichtung unter einem vorgegebenen Winkel derart verlaufen, dass sich das am Sensor messbare Signal als vorzugsweise proportionales Signal, bezogen auf die zu durchfahrende Strecke, ändert. Dieses Signal gibt somit kontinuierlich Auskunft über den augenblicklichen Ort des Körpers im Raum.In a further embodiment, a location-related changing signal is produced over the movement distance of the body, whereby the current location of the body in space can always be localized. For example, one can proceed in such a way that the device generating the field, e.g. a permanent magnet, is assigned to the movable body and thus travels along the movement distance of the body along the axis of movement. The space is in turn operatively connected to at least one flux guide device, the flux guide device being designed in such a way that the stray fields emerging from the device generating the field have to overcome a measuring air gap that changes proportionally to the distance over the entire movement distance. This can be achieved by, for example, the movement distance of the body and the surface of the flux guide device forming the measuring air gap running at a predetermined angle in such a way that the signal measurable at the sensor changes as a preferably proportional signal, related to the distance to be traveled. This signal therefore provides continuous information about the current location of the body in space.
In wiederum anderer Ausgestaltung ist die Flussleiteinrichtung mit wechselnden Erhebungen und Vertiefungen in definiertem Abstand versehen, so dass Sensoren jeweils über die Bewegungsstrecke hinweg eine definierte Anzahl von Signalen erhalten. Aus den Signalen lassen sich Rückschlüsse auf den Ort des Körpers ziehen, und aus der zeitlichen Impulsfolge läßt sich die Geschwindigkeit des Körpers im Raum ableiten.In yet another embodiment, the flow guide device is provided with alternating elevations and depressions at a defined distance, so that sensors receive a defined number of signals over the distance of movement. Conclusions can be drawn about the location of the body from the signals, and the speed of the body in space can be derived from the temporal pulse sequence.
In weiterer Ausführung des erfindungsgemäßen Gedankens sind mehrere Flussleiteinrichtungen vorgesehen, die jeweils in entsprechender Wirkverbindung mit der das Feld erzeugenden Einrichtung stehen und ortsabhängig definiert unterschiedliche Signale, gegebenenfalls unterschiedlichen Sensoren, zur Verfügung stellen. Diese unterschiedlichen Signale sind einer Auswerteschaltung zugeführt, deren Resultierende den augenblicklichen Ort des Körpers im Raum definiert. Dieses kann u. a. geschehen, indem sich entlang der Bewe-In a further embodiment of the inventive concept, several flux guide devices are provided, each of which is in a corresponding operative connection with the device generating the field and provides different signals, possibly to different sensors, depending on the location. These different signals are fed to an evaluation circuit, the result of which defines the current location of the body in space. This can be done, among other things, by
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gungsstrecke des Körpers ein Messluftspalt ortsabhängig vergrößert, während sich ein weiterer Messluftspalt einer weiteren Flussleiteinrichtung verringert. Als Ausführung einer Flussleiteinrichtung mit sich änderndem Luftspalt ist beispielhaft ein magnetisch leitendes Bauteil gewählt, das sich entsprechend der Bewegungsstrecke keilförmig bzw. kegelförmig verjüngt. Eine derartige Flussleiteinrichtung ist besonders dann sinnvoll, wenn die Bewegungsstrecke auf kurze Distanzen beschränkt ist. Ist die Bewegungsstrecke größer, hat es sich bewährt, Flussleiteinrichtungen an ihrer Messoberfläche mit definiert beabstandeten Erhebungen und Vertiefungen zu versehen. Als Beispiel einer einfachen Ausgestaltung ist hier ein im Querschnitt rundes, magnetisch leitendes Teil gewählt, welches eine gewindeähnliche Struktur mit definierter Außenoberfläche und definierter Steigung aufweist. Beim Durchfahren des Körpers werden somit ebenfalls definierte Pulsfolgen abgegeben. Es ist aufgabenbezogen von Vorteil, auch mehrere gattungsgemäße Messeinrichtungen gleichzeitig zu verwenden, wobei vorzugsweise ein sich längserstreckender Versatz der jeweils zu messenden Erhebung gewählt wird, um z. B. eine gegenseitige Phasenverschiebung von 90° zu erreichen. Hierdurch - und über die Auswerteschaltung ist eine entsprechend genauere Ortung des Körpers im Raum erreichbar und seine Bewegungsrichtung erkennbar.As the movement distance of the body increases, a measuring air gap increases depending on the location, while a further measuring air gap of another flux guide device decreases. As an example of a flux guide device with a changing air gap, a magnetically conductive component is selected which tapers in a wedge shape or cone shape according to the movement distance. Such a flux guide device is particularly useful when the movement distance is limited to short distances. If the movement distance is greater, it has proven useful to provide flux guide devices with elevations and depressions on their measuring surface at defined distances. As an example of a simple design, a magnetically conductive part with a round cross-section has been selected here, which has a thread-like structure with a defined outer surface and defined pitch. When passing through the body, defined pulse sequences are also emitted. Depending on the task, it is advantageous to use several measuring devices of this type at the same time, whereby a longitudinal offset of the elevation to be measured is preferably selected, for example in order to achieve a mutual phase shift of 90°. This - and the evaluation circuit - makes it possible to locate the body in space more precisely and to identify its direction of movement.
In einer weiteren Anwendung ist die Kolbenstange eines fluidischen Aktors als bewegbare Flussleiteinrichtung ausgeführt. Hierbei ist der Körper in beschriebener Weise mit einer das Feld erzeugenden Einrichtung, z. B. einem permanentmagnetischen Ring, bestückt, so dass ein Teil des Feldes über die Kolbenstange und den kolbenstangenseitigen Abschlussteil, dem von der Kolbenstange durchdrungenen Zylinderdeckel, dem Sensor zugeführt wird. Hierbei ist sowohl der kolbenstangenseitige Abschlussteil, wie auch die Kolbenstange selbst, magnetisch leitend. Weiterhin ist wenigstens eine zusätzliche Flussleiteinrichtung zugeordnet, die entweder einen sich ändernden Messluftspalt bewirkt, oder aber auf der zu messenden Oberfläche Erhebungen und Vertiefungen definierten Abstandes aufweist.In another application, the piston rod of a fluidic actuator is designed as a movable flux guide device. In this case, the body is equipped with a device that generates the field, e.g. a permanent magnetic ring, in the manner described, so that part of the field is fed to the sensor via the piston rod and the piston rod-side end part, the cylinder cover penetrated by the piston rod. In this case, both the piston rod-side end part and the piston rod itself are magnetically conductive. Furthermore, at least one additional flux guide device is assigned, which either causes a changing measuring air gap or has elevations and depressions of defined distance on the surface to be measured.
Eine äußerst kompakte Bauweise ergibt sich, wenn sowohl die das Feld erzeugende Einrichtung, wie auch der das Feld messende Sensor stirnseitig des Raumes angeordnet sind. Hierbei ist von besonderem Vorteil, wenn wenigstens der Sensor und die Auswerteelektronik eine gemeinsame Baueinheit bilden, die möglichst auch noch die das Feld erzeugende Einrichtung z. B. einen Elektromagneten aufnimmt. Eine solche Baueinheit lässt sich platzsparend im absperrenden Abschlussteil des Raumes integrieren. Je nach konstruktiver Ausgestaltung lässt sich gegebenenfalls durch den Einsatz einer flexiblen Leiterplatte für die Auswerteschaltung, den Sensor und die das Feld erzeugende Einrichtung, zusätzlicher Bauraum einsparen.An extremely compact design is achieved when both the device generating the field and the sensor measuring the field are arranged at the front of the room. It is particularly advantageous if at least the sensor and the evaluation electronics form a common unit, which if possible also accommodates the device generating the field, e.g. an electromagnet. Such a unit can be integrated in the closing part of the room to save space. Depending on the design, additional installation space can be saved by using a flexible circuit board for the evaluation circuit, the sensor and the device generating the field.
Die erfindungsgemäße Einrichtung zum Orten eines bewegbaren Körpers in einem vorgegebenen Raum beschränkt sich selbstverständlich nicht nur auf fluidische Aktoren mit Kolbenstange. Vielmehr ist es auch möglich, den Ort beispielsweise des Körpers in einem kolbenstangenlosen fluidischen Zylinder definiert und stetig zu erfassen.The device according to the invention for locating a movable body in a given space is of course not limited to fluidic actuators with a piston rod. Rather, it is also possible to determine the location of the body, for example, in a fluidic cylinder without a piston rod in a defined and continuous manner.
In einer anderen Anwendung kommt der erfinderische Gedanke bei einem Gerät mit elektromotorischem Antrieb zur Anwendung, bei welchem ein translatorisch bewegbarer Schlitten mit einer motorisch angetriebenen Mitnehmereinheit verbunden ist. Hierbei ist ebenfalls der jeweils augenblickliche Ort des Schlittens abfragbar, und die Messwerte werden der Auswerteschaltung zugeführt.In another application, the inventive concept is used in a device with an electric motor drive, in which a translatory movable carriage is connected to a motor-driven driver unit. Here, the current location of the carriage can also be queried and the measured values are fed to the evaluation circuit.
In wiederum anderer Ausführung ist die vorgeschlagene Einrichtung einem passivem Gerät zugeordnet, welches durch einen Aktor angetrieben ist. Beispielhaft ist die Mechanik eines Auslegers genannt, dessen Bewegungen motorisch bzw. elektromagnetisch bewirkt wird. Auch hier ist die jeweils augenblickliche Position des Auslegers bzw. eines am Ausleger verfahrbaren Schlittens durch eine gattungsgemäße Einrichtung erfassbar.In yet another embodiment, the proposed device is associated with a passive device that is driven by an actuator. An example is the mechanics of a boom whose movements are motor-driven or electromagnetic. Here, too, the current position of the boom or of a carriage that can be moved on the boom can be detected by a device of this type.
Die das Feld erzeugende Einrichtung stellt sogenannte maxwell'sche Felder als Messgröße zur Verfügung, die am Ort des Körpers im Raum definierte ortsbezogene Größen annehmen und als solche von dem Sensor erfasst werden. Diese Felder können elektrischer oder/und magnetischer Art sein, wobei die Sensoren für das jeweiligen Wirkprinzip geeignet sein müssen.The device that generates the field provides so-called Maxwell fields as a measurement variable, which assume defined location-related variables at the location of the body in space and are recorded as such by the sensor. These fields can be electrical and/or magnetic in nature, whereby the sensors must be suitable for the respective operating principle.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus Unteransprüchen. Anhand der Zeichnung wird die Einrichtung zum Orten eines bewegbaren Körpers in einem vorgegebenem Raum in beispielhafter Anwendung mit einem fluidischen Aktor, einer sogenannten Kolben-Zylindereinheit, beschrieben.Further advantageous embodiments emerge from the subclaims. The device for locating a movable body in a given space is described with the aid of the drawing in an exemplary application with a fluidic actuator, a so-called piston-cylinder unit.
Auf die Kolben-Zylindereinheit bezogen, bedeuten die Bezugszeichen:Referring to the piston-cylinder unit, the reference symbols mean:
1 im Raum bewegbarer Körper = Kolben1 body moving in space = piston
2 bewegbare Flussleiteinrichtung = Kolbenstange2 movable flow guide device = piston rod
3 vorgegebener Raum = Zylinderraum3 given space = cylinder space
veränderbarer Raum = veränderbarer Zylinderraumvariable space = variable cylinder space
4 den Raum radial begrenzende umfängliche Wandlung mit endlicher Längserstreckung = längenbegrenztes Zylinderrohr4 circumferential transformation with finite longitudinal extension that radially limits the space = length-limited cylinder tube
die Längserstreckung des Raumes begrenzende Stirnseitethe front side delimiting the length of the room
5.2 = Stirnseite des Zylinderrohres5.2 = Front side of the cylinder tube
den Raum stirnseitig absperrendes Abschlussteil = Zylinderdeckel 6.2End part closing off the room at the front = cylinder cover 6.2
7.1 Flussleiteinrichtung > Bewegungsstrecke S des Körpers im Raum7.1 Flow guidance device > Movement distance S of the body in space
7.2 Flussleiteinrichtung < Bewegungsstrecke S des Körpers im Raum7.2 Flow guide < Movement distance S of the body in space
7.3 Flussleiteinrichtung mit zur Bewegungsachse X-X unter einem Winkel verlaufender Messoberfläche 7.107.3 Flux guide device with measuring surface at an angle to the X-X axis of motion 7.10
7.4 dito. 7.37.4 ditto 7.3
7.5 runde Flussleiteinrichtung, unter einem Winkel &agr;, &bgr; zur Achse X - X angeordnet7.5 circular flux guide device, arranged at an angle α, β to the axis X - X
7.6 dito. 7.57.6 ditto 7.5
7.7 Flussleiteinrichtung mit definiert beabstandeten Erhebungen und Vertiefungen 7.7 Flow guidance device with defined spaced elevations and depressions
7.10 Messoberfläche der Flussleiteinrichtung7.10 Measuring surface of the flow guide device
8 Begrenzung des Meßstrecke für punktuelle Signalgabe8 Limitation of the measuring section for point signaling
9 das Feld erzeugende Einrichtung, z, B. Permanentmagnet, Elektromagnet, ...9 device generating the field, e.g. permanent magnet, electromagnet, ...
9.1 ringförmiger, radial magnetischer Permanentmagnet als Kolbenmagnet9.1 ring-shaped, radial magnetic permanent magnet as piston magnet
10 Sensor10 Sensor
11 Flussleiteinrichtung für den Rückfluss11 Flow control device for the return flow
11.1 als Flussleiteinrichtung ausgebildeter Zylinderdeckel11.1 Cylinder cover designed as a flow guide device
12 Auswerteschaltung12 Evaluation circuit
13 Erhebung13 Survey
14 Vertiefung14 Deepening
15 definierter Abstand zwischen Erhebung und Erhebung, bzw. zwischen Vertiefung und Vertiefung15 defined distance between elevation and elevation, or between depression and depression
16 das Feld erzeugende Einrichtung, z. B. Permanentmagnet16 Device generating the field, e.g. permanent magnet
Fokusiermittel für das Feld (z. B. umfänglich spitz ausgestaltete Eisen-ScheibeFocusing means for the field (e.g. circumferentially pointed iron disk
18 Impulsfolgediagramm18 Pulse sequence diagram
19 Zylinderrohrwand19 Cylinder tube wall
20 Übertragungsstück20 Transfer piece
21 Einstellmittel21 Adjustment means
&agr;, &bgr; Wirikelabweichung der Messoberfläche 7.10 der Flussleiteinrichtung bzw. der Achsen X«, Xp zur Bewegungsachse X-Xα, β Angular deviation of the measuring surface 7.10 of the flux guide device or the axes X«, Xp to the movement axis X-X
M1 - M4 ortsdefinierender, sich ortsbezogen ändernder MessluftspaltM 1 - M 4 location-defining, location-related changing measuring air gap
S Bewegungsstrecke des Körpers im Raum = KolbenhubS Movement distance of the body in space = piston stroke
X-X Bewegungsachse des Körpers im Raum = Bewegungsachse desX-X axis of movement of the body in space = axis of movement of the
Kolbens im Zylinderraum Fe Feldlinien
X0, Xß Achsen der querschnittssymmetrischen Flussleiteinrichtungen 7.5, 7.6Piston in the cylinder chamber F e field lines
X 0 , Xß axes of the cross-sectionally symmetrical flux guide devices 7.5, 7.6
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine Kolben-Zylindereinheit im Längsschnitt in prinzipiellem Aufbau zur punktueilen Signalerkennung,Fig. 1 a piston-cylinder unit in longitudinal section in basic construction for point signal detection,
Fig. 2 und 3 je ein Ausführungsbeispiel für eine kontinuierliche feststellende ortsbezogene Messung des Kolbens im Zylinderraum,Fig. 2 and 3 each show an embodiment for a continuous location-based measurement of the piston in the cylinder chamber,
Fig. 4 als weitere Ausgestaltung eine inkremental messende Ausführung, Fig. 5 das Impulsdiagramm gemäß Aufbau nach Fig. 4.Fig. 4 shows an incrementally measuring version as a further embodiment, Fig. 5 shows the pulse diagram according to the structure of Fig. 4.
Fig. 1 zeigt eine Kolben-Zylindereinheit, bestehend aus einem längenbegrenzten Zylinderrohr 4, das einen Kolben 1 radial dichtend, jedoch entlang der Bewegungsachse X-X translatorisch bewegbar aufnimmt. Der Kolben 1 ist mit einer Kolbenstange 2 schlüssig verbunden und das Zylinderrohr 4 ist endseitig an seinen Stirnseiten 5.1 und 5.2 durch jeweils einen Zylinderdeckel 6.1 und 6.2 druckdicht verschlossen. Der Zylinderraum 3 ist durch den Kolben 1 in die veränderbaren Zylinderräume 3.1 und 3.2 aufgeteilt. Durch wechselseitige Druckbeaufschlagung der Zylinderräume 3.1 bzw. 3.2 über die Fluidanschlüsse A1 bzw. A2 ist der Kolben 1 einseitig druckbeaufschlagt, während die andere Seite druckentlastet ist, so dass der Kolben unter Abgabe einer, an der Kolbenstange abgreifbaren, nutzbaren Kraft die Bewegungsstrecke S durchfährt.Fig. 1 shows a piston-cylinder unit consisting of a cylinder tube 4 of limited length, which accommodates a piston 1 in a radially sealed manner but which can move translationally along the movement axis XX. The piston 1 is connected to a piston rod 2 and the cylinder tube 4 is pressure-tightly sealed at its end faces 5.1 and 5.2 by a cylinder cover 6.1 and 6.2. The cylinder chamber 3 is divided by the piston 1 into the variable cylinder chambers 3.1 and 3.2. By alternately pressurizing the cylinder chambers 3.1 and 3.2 via the fluid connections A 1 and A 2 , the piston 1 is pressurized on one side while the other side is relieved of pressure, so that the piston travels through the movement distance S while releasing a usable force that can be tapped at the piston rod.
Um eine solche Kolben-Zylindereinheit einer Positionsabfrage des Kolbens zugänglich zu machen, ist gemäß dem Beispiel das Zylinderrohr 4 aus magnetisch nicht leitendem Werkstoff, z. B. aus Aluminium, hergestellt. Ebenso sind Deckel 6.2 und/oder Kolbenstange 2 aus magnetisch nichtleitendem Material gefertigt. An geeigneter Stelle weist das Zylinderrohr 4 sich längserstreckende Ausnehmungen auf, in die z. B. runde Flussleiteinrichtungen 7.1, 7.2 aus magnetisch leitendem Werkstoff, z. B. aus Eisen, eingebracht sind.In order to make such a piston-cylinder unit accessible for position sensing of the piston, according to the example, the cylinder tube 4 is made of a magnetically non-conductive material, e.g. aluminum. The cover 6.2 and/or piston rod 2 are also made of a magnetically non-conductive material. At a suitable point, the cylinder tube 4 has longitudinally extending recesses into which, for example, round flux guide devices 7.1, 7.2 made of a magnetically conductive material, e.g. iron, are inserted.
Der Kolben 1 ist ebenfalls wenigstens teilweise aus einem Werkstoff gefertigt, der magnetische Feldlinien Fe leitet. Die Flussleitmittel 7.1 und 7.2 sind von der Stirnseite 5.1 in das Zylinderrohr 4 eingebracht. Hierbei erstreckt sich die Flussleiteinrichtung 7.1 z. B. über wenigstens die gesamte Länge der Bewegungsstrecke S und schließt bündig an der Stirnseite 5.1 ab. Parallel zur Flussleiteinrichtung 7.1 ist eine weitere Flussleiteinrichtung 7.2 eingebracht, deren Längserstreckung von dem bündigen Abschluss der Stirnseite 5.1 hin zu ihrem Ende 8 begrenzt ist. Um eine Positionserkennung des Kolbens 1 innerhalb des Zylinderrohres 4 zu ermöglichen, ist eine, maxweH'sche Felder erzeugende Einrichtung erforderlich. Diese Einrichtung ist beispielhaft ein Permanentmagnet 9, dessen Nordpol N an der Stirnseite 5.1 mit der Flussleiteinrichtung 7.1 flächig zur Anlage kommt. Die Flussleiteinrichtung 7.2 weist im Bereich der Stirnseite 5.1 vorzugsweise Berührungskontakt mit einem, maxwellsche Felder erfassenden Sensor 10 auf. Der Sensor 10 ist über eine weitere Flussleiteinrichtung 11 mit dem Südpol S des Permanentmagneten, vorzugsweise unter Berührungskontakt, verbunden. Somit ergibt sich eine Durchflutung der magnetischen Feldlinien Fe vom Nordpol N des Permanentmagneten 9 ausgehend, durch die Flussleiteinrichtung 7.1, den Kolben 1, und von hieraus durch die Flussleiteinrichtung 7.2, den Sensor 10, die weitere Flussleiteinrichtung 11 hin zum Südpol S des Permanentmagneten 9. Somit ist ein magnetisch geschlossener Flusskreis gegeben.The piston 1 is also made at least partially from a material that conducts magnetic field lines F e . The flux guides 7.1 and 7.2 are introduced from the front side 5.1 into the cylinder tube 4. The flux guide device 7.1 extends, for example, over at least the entire length of the movement path S and ends flush with the front side 5.1. A further flux guide device 7.2 is introduced parallel to the flux guide device 7.1, the longitudinal extent of which is limited from the flush end of the front side 5.1 to its end 8. In order to enable position detection of the piston 1 within the cylinder tube 4, a device that generates MaxweH fields is required. This device is, for example, a permanent magnet 9, the north pole N of which comes into contact with the flux guide device 7.1 on the front side 5.1. The flux guide device 7.2 preferably has contact with a sensor 10 that detects Maxwell fields in the area of the front side 5.1. The sensor 10 is connected to the south pole S of the permanent magnet via a further flux guide device 11, preferably with contact. This results in a flow of the magnetic field lines F e starting from the north pole N of the permanent magnet 9, through the flux guide device 7.1, the piston 1, and from there through the flux guide device 7.2, the sensor 10, the further flux guide device 11 to the south pole S of the permanent magnet 9. This creates a magnetically closed flux circuit.
Es ist auch möglich, statt des Permanentmagneten 9 einem Elektromagneten den Vorzug zu geben. Je nach gewähltem Signalauswerteverfahren ist ein Elektromagnet mit einem Gleich- oder Wechselfeld einsetzbar.It is also possible to use an electromagnet instead of the permanent magnet 9. Depending on the signal evaluation method selected, an electromagnet with a direct or alternating field can be used.
Wird der fluidische Anschluss A1 druckbeaufschlagt und gleichzeitig der Raum 3.2 druckentlastet, verschiebt sich der Kolben 1 mit der Kolbenstange 2 in Richtung des Zylinderdeckels 6.2, wobei der Kolben 1 das Ende 8 der Flussleiteinrichtung 7.2 überfährt. Hierdurch wird der Fluss der Feldlinien am Ende erheblich gemindert bzw. unterbrochen, was durch den Sensor 10 erkannt wird.If the fluid connection A 1 is pressurized and the chamber 3.2 is relieved of pressure at the same time, the piston 1 with the piston rod 2 moves in the direction of the cylinder cover 6.2, whereby the piston 1 passes over the end 8 of the flux guide device 7.2. As a result, the flow of the field lines at the end is significantly reduced or interrupted, which is detected by the sensor 10.
··· •••••ta· ·· ··· · Φ··· •••••ta· ·· ··· · Φ
■514■514
Dieses Erkennungssignal des Sensors 10 wird elektronisch in einer Auswerteschaltung 12 aufbereitet und als Nutzsignal zur Verfügung gestellt.This detection signal of the sensor 10 is electronically processed in an evaluation circuit 12 and made available as a useful signal.
Der Magnet 9, der Sensor 10 und die Auswerteschaltung 12 sind in bevorzugter Ausführung auf einer gemeinsamen Basisplatte angeordnet. Sowohl ein Pol des Magneten 9, wie auch die zugehörige Sensorfläche berühren vorzugsweise die einander zugekehrten Stirnflächen der jeweils zugeordneten Flussleiteinrichtung 7.1 bzw. 7.2. Elektromagnete sind sinnvoller Weise ebenfalls flächig berührend angeordnet.In a preferred embodiment, the magnet 9, the sensor 10 and the evaluation circuit 12 are arranged on a common base plate. Both a pole of the magnet 9 and the associated sensor surface preferably touch the mutually facing end faces of the respectively associated flux guide device 7.1 or 7.2. Electromagnets are also sensibly arranged so as to touch the surface.
Es ist auch möglich, mehrere Flussleiteinrichtungen analog zu der Flussleiteinrichtung 7.2 in unterschiedlichen Längserstreckungen in das Zylinderrohr 4 zu integrieren, wodurch beim Durchfahren des Kolbens am jeweiligen Ende der betreffenden Flussleiteinrichtung ein Signal erzeugt wird.It is also possible to integrate several flux guide devices analogous to the flux guide device 7.2 in different longitudinal extensions into the cylinder tube 4, whereby a signal is generated at the respective end of the respective flux guide device when the piston passes through.
Je nach Wirkprinzip kann ein Sensor gewählt werden, der entweder ein elektrisches Signal ausgibt, wie beispielsweise ein Hallsensor oder eine Feldplatte, bzw. kann der Sensor auch fluidischer Art sein, so dass ein fluidisches Signal zur Verfügung gestellt wird. Als fluidischer Sensor kann ein entsprechend geartetes, mikromechanisches Sensorventil Verwendung finden, dessen Ventilbetätigungseinheit z. B. durch magnetische Feldlinien beeinflusst wird. Entsprechend ist auch die jeweilige Auswerteschaltung elektrischer bzw. fluidischer Art. Eine fluidische Auswerteschaltung kann beispielsweise aus einem miniaturisiertem Proportionalventil bestehen, das durch das mikromechanische Sensorventil ansteuerbar ist.Depending on the operating principle, a sensor can be selected that either outputs an electrical signal, such as a Hall sensor or a field plate, or the sensor can also be of a fluidic type, so that a fluidic signal is provided. A correspondingly designed micromechanical sensor valve can be used as a fluidic sensor, the valve actuation unit of which is influenced by magnetic field lines, for example. The respective evaluation circuit is accordingly of an electrical or fluidic type. A fluidic evaluation circuit can, for example, consist of a miniaturized proportional valve that can be controlled by the micromechanical sensor valve.
Fig. 2 beschreibt eine Kolben- Zylindereinheit, bei welcher der jeweils augenblickliche Ort des Kolbens 1 innerhalb des Zylinderrohres 4 kontinuierlich erfassbar ist. Hierfür sind in das Zylinderrohr 4 die Flussleiteinrichtungen 7.3 und 7.4 eingebracht. Diese Flussleiteinrichtungen unterscheiden sich gegenüber denen nach Fig. 1 dadurch, dass die Flussleiteinrichtungen 7.3 und 7.4 eineFig. 2 describes a piston-cylinder unit in which the current location of the piston 1 within the cylinder tube 4 can be continuously recorded. For this purpose, the flow guide devices 7.3 and 7.4 are introduced into the cylinder tube 4. These flow guide devices differ from those according to Fig. 1 in that the flow guide devices 7.3 and 7.4 have a
unter einem Winkel &agr;, &bgr; verlaufende Messoberfläche 7.10 aufweisen. Hierdurch ergibt sich über die gesamte Bewegungsstrecke ein sich kontinuierlich, vorzugsweise gleichmäßig ändernder Messluftspalt M1 bzw. M2. In diesem Beispiel ist der Kolben 1 mit einem radial magnetisiertem Permanentmagneten 9.1 bestückt, dessen Nordpol nahe der Zylinderrohrwand 19 austritt, während sein Südpol nahe der Kolbenstange 2 austritt. Um einen geschlossenen magnetischen Flusskreis zu erhalten, ist der Zylinderdeckel 6.2 aus magnetisch leitendem Werkstoff hergestellt und somit als Flussleiteinrichtung 11.1 ausgebildet. Die Kolbenstange 2 ist ebenfalls magnetisch leitend. Durch diese beschriebene Anordnung ergeben sich zwei Durchflutungen unterschiedlicher Intensität:have a measuring surface 7.10 running at an angle α, β. This results in a continuously, preferably uniformly changing measuring air gap M 1 or M 2 over the entire movement distance. In this example, the piston 1 is equipped with a radially magnetized permanent magnet 9.1, the north pole of which emerges near the cylinder tube wall 19, while its south pole emerges near the piston rod 2. In order to obtain a closed magnetic flux circuit, the cylinder cover 6.2 is made of magnetically conductive material and is thus designed as a flux guide device 11.1. The piston rod 2 is also magnetically conductive. This arrangement described results in two fluxes of different intensity:
1. Vom Nordpol N des Magneten 9.1 ist zunächst der Messluftspalt Mi zu überwinden, wonach die Feldlinien in die Flussleiteinrichtung 7.3 eindringen und von hieraus über den Sensor 10.1, die weitere Flussleiteinrichtung 6.2 (11.1), die Kolbenstange 2 dem Südpol S des Magneten 9.1 zugeführt werden. 1. From the north pole N of the magnet 9.1, the measuring air gap Mi must first be overcome, after which the field lines penetrate into the flux guide device 7.3 and from there are fed via the sensor 10.1, the further flux guide device 6.2 (11.1), the piston rod 2 to the south pole S of the magnet 9.1.
2. Vom Nordpol N ist der Messluftspalt M2 von den Feldlinien zu überwinden, bevor diese in die Flussleiteinrichtung 7.4 eintreten und von hieraus über den Sensor 10.2, die weitere Flussleiteinrichtung 6.2 (11.1) und die Kolbenstange 2 wieder in den Südpol S eintreten.2. From the north pole N, the field lines must overcome the measuring air gap M 2 before they enter the flux guide device 7.4 and from there enter the south pole S again via the sensor 10.2, the further flux guide device 6.2 (11.1) and the piston rod 2.
Es ist aus Fig. 2 erkennbar, dass die Messluftspalte M1, M2 sich kontinuierlich über den Hub gegenläufig ändern. Die aus den Sensoren 10.1 bzw. 10.2 entnommenen Signale werden je nach Aufgabenstellung z. B. einer elektrischen Auswerteschaltung zugeführt, deren Resultierende das Auswertesignal darstellt. Über die gesamte Bewegungsstrecke des Kolbens innerhalb des Zylinderrohres ist somit die jeweilige Position des Kolbens berührungslos erfassbar. Auch hier ist erforderlich, dass das Zylinderrohr 4 und der Zylinderdeckel 6.1 aus magnetisch nichtleitendem Material bestehen. Die Messluftspalte M1, M2 können mit einer beliebigen magnetisch nicht leitenden Substanz gefüllt sein.It can be seen from Fig. 2 that the measuring air gaps M 1 , M 2 change continuously in opposite directions over the stroke. Depending on the task, the signals taken from the sensors 10.1 and 10.2 are fed to an electrical evaluation circuit, for example, the result of which represents the evaluation signal. The respective position of the piston can thus be recorded without contact over the entire movement distance of the piston within the cylinder tube. Here too, it is necessary that the cylinder tube 4 and the cylinder cover 6.1 are made of magnetically non-conductive material. The measuring air gaps M 1 , M 2 can be filled with any magnetically non-conductive substance.
Eine weitere Ausführungsvariante analog zu Fig. 2 ist in Fig. 3 dargestellt. Hierbei bestehen die Flussleiteinrichtungen 7.5 und 7.6 beispielsweise aus querschnittssymmetrischem, rundem, magnetisch leitendem Werkstoff. Die Flussleiteinrichtungen 7.5, 7.6 werden in Ausnehmungen des Zylinderrohres 4 eingebracht, wobei die Ausnehmungen vorzugsweise unter einem Winkel &agr;, &bgr;, bezogen auf die Bewegungsachse X-X verlaufen. Die Messfunktion ist sowohl sichergestellt, wenn die Winkel &agr;, &bgr; gleich bzw. unterschiedlich sind. Zylinderrohr 4 und Zylinderdeckel 6.1 sind aus magnetisch nicht leitendem Werkstoff hergestellt, während der Zylinderdeckel 6.2 magnetisch leitend ist und als Flussleiteinrichtung 11.1 dient. Ebenso ist auch die Kolbenstange 2 magnetisch leitend.Another embodiment analogous to Fig. 2 is shown in Fig. 3. Here, the flux guide devices 7.5 and 7.6 consist, for example, of cross-sectionally symmetrical, round, magnetically conductive material. The flux guide devices 7.5, 7.6 are introduced into recesses in the cylinder tube 4, whereby the recesses preferably run at an angle α, β, in relation to the movement axis X-X. The measuring function is ensured both when the angles α, β are the same or different. The cylinder tube 4 and cylinder cover 6.1 are made of magnetically non-conductive material, while the cylinder cover 6.2 is magnetically conductive and serves as a flux guide device 11.1. The piston rod 2 is also magnetically conductive.
Fig. 4 zeigt ein weiteres Anwendungsbeispiel. Hier sind zwei Flussleiteinrichtungen 7.7 parallel zur Bewegungsachse X-X angeordnet und mit einem, wenigstens an der Messoberfläche 7.10 eingebrachten Profil, mit Erhebungen 13 und Vertiefungen 14, versehen. Die Muster der Erhebungen und Vertiefungen sind vorzugsweise um eine viertel Periode gegeneinander versetzt, um neben dem Ort auch die Bewegungsrichtung des Kolbens abzufragen und auszuwerten. Bei dieser Ausführung werden über die Bewegungsstrecke S des Kolbens 1 die Anzahl der Erhebungen bzw. Vertiefungen gezählt, wodurch sich beispielsweise ein Impulsfolgediagramm gemäß Fig. 5 ergibt. Diese Anordnung ermöglicht es, wahlweise das Wirkprinzip gemäß Fig. 1 bzw. gemäß Fig. 2 einzusetzen. Die Außenkontur der Flussleiteinrichtung 7.7 kann beispielsweise in Form von gleichbeabstandeten Vertiefungen 14 ausgeführt sein, vergleichbar einer Zahnstange, aber auch in runder, querschnittssymmetrischer Ausführung in Form eines Gewindes mit definierter Steigung. Um eine genauere Aussage über die Kolbenposition zu erhalten, hat es sich bewährt, den Kolben mit einem, an sich bekanntem Fokusiermittel 17.1 zu versehen. In diesem Fokusiermittel werden die Feldlinien gebündelt, so dass eine eindeutige Erkennungen der Erhebung bzw. Vertiefung auf der Oberfläche der Flussleiteinrichtung 7.7 erreicht wird. Über eine zeitliche Verabfolgung und Auswertung der Zählimpul-Fig. 4 shows another application example. Here, two flux guide devices 7.7 are arranged parallel to the movement axis X-X and are provided with a profile with elevations 13 and depressions 14, at least on the measuring surface 7.10. The patterns of the elevations and depressions are preferably offset from one another by a quarter of a period in order to query and evaluate not only the location but also the direction of movement of the piston. In this embodiment, the number of elevations or depressions is counted over the movement distance S of the piston 1, resulting, for example, in a pulse sequence diagram according to Fig. 5. This arrangement makes it possible to use either the operating principle according to Fig. 1 or according to Fig. 2. The outer contour of the flux guide device 7.7 can, for example, be designed in the form of equally spaced depressions 14, comparable to a rack, but also in a round, cross-sectionally symmetrical design in the form of a thread with a defined pitch. In order to obtain a more precise statement about the piston position, it has proven useful to equip the piston with a focusing device 17.1, which is known per se. The field lines are bundled in this focusing device so that a clear recognition of the elevation or depression on the surface of the flux guide device 7.7 is achieved. By temporally administering and evaluating the counting pulses,
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se auf der Bewegungsstrecke läßt sich neben der Ortsbestimmung auch die jeweilige Kolbengeschwindigkeit erfassen.Along the movement path, in addition to determining the location, the respective piston speed can also be recorded.
Fig. 6 zeigt ein Beispiel, in dem die Einrichtung zum Orten, in diesem Fall wieder eines Kolbens in einem Zylinderrohr, wo zwischen dem mit einem Permanentmagneten 9.1 bestückten Kolben 1 und der Flussleiteinrichtung 7.2 ein durch ein Einstellmittel 21, in diesem Beispiel durch eine Gewindespindel über die Bewegungsstrecke S hinweg einstellbares Übertragungsstück 20 eingebracht ist. Das Übertragungsstück ist magnetisch leitend und überbrückt an seinem Ort einen großen Teil eines ansonsten großen Messluftspaltes. Hierdurch ergibt sich, wenn der Permanentmagnet des Kolbens dem Übertragungsstück benachbart ist, ein erhöhter Fluss, der durch den Sensor 9 erkannt und als Messsignal zur Verfügung gestellt wird.Fig. 6 shows an example in which the device for locating, in this case again a piston in a cylinder tube, where between the piston 1 equipped with a permanent magnet 9.1 and the flux guide device 7.2, a transmission piece 20 is inserted that can be adjusted over the movement distance S by an adjustment means 21, in this example by a threaded spindle. The transmission piece is magnetically conductive and bridges a large part of an otherwise large measuring air gap at its location. This results in an increased flux, which is detected by the sensor 9 and made available as a measuring signal.
Claims (18)
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