DE3116333A1

DE3116333A1 - Messsystem zum beruehrungslosen erfassen von positionen der kolbenstange einer kolben-zylinder-einheit

Info

Publication number: DE3116333A1
Application number: DE19813116333
Authority: DE
Inventors: Harald 2427 Malente Klocke
Original assignee: Kuhnke GmbH; H KUHNKE GmbH KG
Current assignee: Kuhnke GmbH; H KUHNKE GmbH KG
Priority date: 1981-04-24
Filing date: 1981-04-24
Publication date: 1982-11-18
Also published as: DE3116333C2

Description

Meßsystem zum berührungslosen Erfassen von
Positionen der Kolbenstange einer Kolben-Zylinder-Einheit Die Erfindung betrifft ein Meßsystem zum berührungslosen Erfassen von Positionen der Kolbenstange einer Kolben-Zylinder-Einheit mit Hilfe eines MeßfUhlers, der in eine Axialbohrung der relativ zu ihm verstellbaren Kolbenstange taucht rund je nach Stellung der Kolbenstange unterschiedliche Ausgangs--signale zur Darstellung der jeweiligen Kolbenpositionen entwickelt.
Zur Anzeige bestimmter Positionen der Kolbenstange bzw. des Kolbens in einem Zylinder gibt es bisher verschiedene Arten von Meßsystemen bzw. Positionsgebern. So kann beispielsweise mit dem Kolben ein Permanentmagnet verbunden sein und an den Orten, wo eine Positionsmeldung folgen soll, jeweils ein Reed-Relais vorgesehen sein, das betätigt wird und eine Signalgabe einleitet, sobald der Kolben den betreffenden Ort überfährt (DE-PS 1 590 157). Es gibt auch kontaktlos arbeitende Meßsysteme von im wesentlichen gleicher Bauart, bei denen dann anstelle von Reed-Relais Hallsonde verwendet werden, deren Hall spannung durch den an ihnen vorbeibewegten Permanentmagneten verändert wird, wobei diese Spannungsänderung zur Anzeige der Kolben-bzw Kolbenstangenposition ausgewertet werden kann.
Vor allem in der Ventiltechnik sind außerdem elektronisch arbeitende Positionsgeber bekannt. Dabei kann etwa am Arbeitszylinder mindestens eine Feldplatte als Geber angebracht sein, deren Widerstand durch einen am Kolben sitzenden Permanentmagneten verändert wird, sobald der Kolben durch die Geberposition fährt bzw. sich dieser annähert. Die hierbei auftretende Widerstandsänderung der Feldplatte wird zur Positionsmeldung ausgewertet (DE-OS 2 915 198). Gleichfalls gibt es in der Ventiltechnik Meßsysteme und Positionsgeber (DE-OSen 1 116 oo6 und 1 574 572), die aus zwei am Zylinderumfang angebrachten und mit Wechselstrom gespeisten Spulen als Meßfühler bestehen, deren Kopplungsfaktor durch den den Spulenort durchfahrenden Kolben verändert wird, wobei auch diese Änderung wieder zur Erzeugung eines Signales für die Kolbenstangenposition ausgewertet wird. Im übrigen können bei dieser Art Meßsystem die Spulen auch an einem länglichen Halter befestigt sein, der in eine axiale Bohrung der relativ zu ihm verstellbaren Kolbenstange taucht (DE-GM 72 Io 174), so daß je nach Stellung der Kolbenstange bzw. des Kolbens die magnetische Kopplung der beiden Spulen verändert wird und hieraus Ausgangssignale zur Darstellung der jeweiligen KolDenstangenposition entwickelt werden können.
Diese bekannten Meßsysteme und Positionsgeber haben im allgemeinen ein relativ großes Bauvolumen, so daß eine Kolben-Zylinder-Einheit meist nur mit einem bzw. wenigen Meßsystemen bestückt werden kann. Hieraus folgt auch, daß solche Meßsysteme in der Praxis eigentlich nur zur Erfassung der Endlagen und einiger weniger Zwischenstellungen der Kolbenstange eingesetzt werden können.
Man ist also auf andere und bessere Lösungen angewiesen, wenn verlangt wird, daß in bezug auf den gesamten vorgegebenen Weg der Kolbenstange und des von ihr betätigten bzw. gesteuerten Bauelementes eine-Vielzahl von Positionsanzeigen möglich sein soll. Insofern gibt es bereits Lösungen (DE-OSen 2 348 o66 und 2 855 681), bei denen in der Oberfläche der Kolbenstange mit Abstand zueinander Vertiefunqen vorgesehen sind, die mit einem Material von im Vergleich zum Kolbenstangenmaterial verschiedener magnetischer Leitfähigkeit aufgefüllt sind. An einem der Zylinderköpfe ist ein Meßfühler, beispielsweise ein Feldplattenfühler, vorgesehen, der magnetisch vorgespannt ist und dessen Widerstand sich bei Bewegung der Kolbenstange periodisch ändert, und zwar in Abhängigkeit von der Lage der in die Kolbenstange eingebrachten Materialien und der Geschwindigkeit der Kolbenstangenbewegung. Auch diese Widerstandsänderungen werden dann geeignet zur Darstellung bestimmter Kolbenstangenpositionen ausgewertet.
Es ist klar, daß bei solchen Meßsystemen, abgesehen von einem hohen Fertigungsaufwand, an die Meßgenauigkeit keine allzu großen Anforderungen gestellt werden können, da allein schon der mechanische Aufbau nur eine grobe Codierung und Auflösung des gesamten zu erfassenden Meßweges der Kolbenstange.
zulassen wird. Nachteilig macht es sich außerdem bemerkbar, daß das eigentliche Kolbenstangenmaterial und das gesondert in die Kolbenstangenoberfläche eingebrachte Material verschiedene Reibwerte haben, die ein unerwünschtes, ruckartiges Gleiten der Kolbenstange in ihrer im Zylinderkopf vorgesehen Führung zur Folge haben werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Beseitigung der aufgezeigten Nachteile. Insbesondere soll ein einfaches und sicher funktionierendes Meßsystem geschaffen werden, mit dem in bezug auf eine vorgegebene Bewegungsstrecke der Kolbenstange selbst kleinste Bewegungsabläufe bei unterschiedlichen Codierungen erfaßt werden können.
Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der anliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert, das im Axialschnitt gezeigt ist.
Der grundsätzliche Aufbau der Kolben-Zylinder-Einheit besteht aus dem Zylinder 1 mit seinen Zylinderkopf 2 und dem Zylinderfuß 3, aus der Kolbenstange 4 mit dem Kolben 5 und mit einer Axialbohrung 6 sowie aus einem stangenförmigen Meßfühlerha2-ter 7 mit einem Meßfühler 8, wobei der Halter 7 mit radialem Spiel in die Axialbohrung hineinragt. Die Axialbohrung 6 und der Meßfühlerhalter 7 mit dem Meßfühler 8 erstrecken sich bei vollständig eingefahrener Kolben stange 4 bis in den Bereich des Zylinderkopfes 2, so daß sich der Meßfühler 8 auch bei vollständig ausgefahrener Kolbenstange noch in der nach außen, das heißt zum Zylinderinnenraum hin mittels einer Dichtung 9 abgesperrten Axialbohrung befindet. Die Zeichnung zeigt die Kolbenstange in praktisch voll eingefahrener Stellung, bei der zwischen dem Meßfühler 8 und dem Innenende der Axialbohrung 6 noch ein Mindestabstand L besteht, der für den Hin- und Rücklauf von Signalen benötigt wird, die noch klar wird.
Der als Rohrkörper ausgebildete Meßfühlerhalter 7 ist an seinem einen Endbereich koaxial zur Axialbohrung 6 der Kolben stange 4 verlaufend starr im Zylinderfuß 3 befestigt und trägt an seinem anderen, freien Ende den Meßfühler 8. Vom Meßfühler führen elektrische Meßleitungen 1o und 11 durch das hohle Innere des Meßfühlerhalters hindurch und aus dem nach außen abgedichteten Halter heraus zu einer externen elektrischen oder elektronischen Steuereinrichtung (nicht gezeigt), die die vom Meßfühler weiterzuleitenden Signale verarbeitet. Der Meßfühler besitzt auf seiner dem Boden der Axialbohrung 6 der Kolbenstange 4 zugekehrten Seite einen Sender/Empfängerkopf 8a, der auf den Boden der Bohrung 6 ausgerichtet ist. Ferner ist der Boden der Bohrung -durch ein gesondert in die Bohrung eingesetztes Bauteil 12 gebildet, das auf seiner dem Sender/Empfängerkopf 8a zugekehreen, ebenen oder parabolischen Fläche vorzugsweise poliert oder mit einem stark reflektierenden Belag 13 versehen ist.
Soweit die Axialbohrung 6 nicht durch den Meßfühlerhalter 7 und den Meßfühler 8 besetzt ist, ist das übrige Volumen der Bohrung 6 evakuiert oder mit einem die Ausbreitung der Meßwellen fördernden Medium, z.B. Silikonöl, Glyzerin usw., gefüllt. Hierzu sind im Meßfühlerhalter Durchgänge 14 und 15 vorgesehen, mit deren Hilfe der Fluß das betreffenden Mediums gesteuert wird bzw. die dem Volumenausgleich bei der Hin- und Herbewegung der Kolbenstange dienen.
Der Sender/Empfängerkopf 8a ist zum Senden und Empfangen von Schallwellen, Lichtwellen oder elektromagnetischen Wellen ausgelegt. Diese Wellen werden impulsweise in Richtung auf den Boden 12 der Axialbohrung 7 bzw. den Belag 13 ausgesendet, von den Teilen 12 bzw. 13 reflektiert und vom Kopf 8a wieder empfangen. Die Laufzeit für den Hin- und Rückweg der gesendeten und empfangenen Signale bildet ein Maß für die augenblickliche Position der Kolbenstange. Dieser Position ist bzw. den betreffenden Positionen sind entsprechende Codierungen in der erwähnten Steuereinrichtung zugeordnet. Es ist verständlich, daß auf diese Weise kleinste Wegeinheiten des Kolbenstangenhubes ermittelt und festgelegt werden können, die kleiner als Zehntelmillimeter sein können. Somit ist es möglich, die Kolbenstange durch entsprechende Beaufschlagung des Kolbens 5 über die entsprechenden Anschlüsse A und B mit sehr hoher Genauigkeit in die jeweils gewünschte Position zu verfahren.

Claims

Ansprüche 0 Meßsystem zum berührungslosen Erfassen von Positionen der Kolbenstange einer Kolhen-Zylinder-Einheit mit Hilfe eines Meßfühlers, der in eine Axialbohrung der relativ zu ihm verstellbaren Kolbenstange taucht und je nach Stellung der Kolbenstange unterschiedliche Ausgangssignale zur Darstellung der jeweiligen Kolbenpositionen entwickelt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sender/Empfängerkopf (8a) als Teil eines Meßfühlers (8) am freien Ende eines in die Kolbenstangenbohrung (6) ragenden Meßfühlerhalters (7) angeordnet ist, daß der Sender/EmpfEngerkopf auf den als Reflektionsobjekt dienenden Boden der Kolbenstangenbohrung (6) ausgerichtet ist und daß die Laufzeit der impulsweise vom Sender/Empfängerkopf gesendeten, vom erwähnten Boden (13) reflektierten und wieder empfangenen Signale als Maß für die augenblickliche Position der Kolbenstange :54) ausgewertet wird.
2. Meßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender/Empfängerkopf (8a) zum Senden und Empfangen von Schallwellen, Lichtwellen oder elektromagnetischen Wellen ausgelegt ist.
3. Meßsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden der Kolbenstangenbohrung (6) durch ein gesondert in die Kolbenstangenbohrung eingesetztes Bauteil (12) gebildet ist, das auf seiner dem Sender/Empfängerkopf zugekehrten Fläche vorzugsweise poliert oder mit einem stark reflektierenden Belag (13) versehen ist.
4. Meßsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,daß:die dem Sender/Empfängerkopf (8a) zugekehrte Fläche des Bauteils (12) eben oder parabolisch ausgebildet ist.
5. Meßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen der Kolbenstangenbohrung (6) und dem Meßfühlerhalter (7) nach außen hin abgedichtet und evakuiert oder mit einem die Wellenausbreitung fördernden Medium gefüllt ist und daß die zum Sender/Empfängerkopf (8a) führenden Meßleitungen (10, 11) innerhalb des als Rohrkörper ausgebildeten Maßfühlerhalters (7) verlaufen.