DE3644591A1 - Wegmesseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wegmeßeinrichtung für ein in einem Gehäuse bewegbares Bauelement, insbesonders für den Arbeits­ kolben eines Pneumatikzylinders, der in einem Zylinder von Druckmittel gesteuert axial bewegbar ist, welche ein mit dem Bauelement mitbewegtes Übertragungselement, ein mit dem Gehäuse in Bewegungsrichtung des Bauelements feststehendes Meßelement und eine Auswerteeinheit umfaßt.

Derartige Einrichtungen dienen im wesentlichen dazu, die jeweilige aktuelle Stellung des auf verschiedenste Weise im Gehäuse relativ zu diesem bewegbaren Bauelements zu bestimmen, wobei der erhaltene Meßwert für die Position des Bauelements dann beispielsweise in einer elektronischen Steuereinheit für die Ablaufsteuerung eines bestimmten Vorgangs weiter verwendet werden kann.

Bei bekannten Einrichtungen der eingangs genannten Art werden beispielsweise mechanische Endschalter, Reed-Kontakte oder Hall-Sensoren für einzelne Positionen entlang der Bewegung des Bauelements oder aber aufwendige Inkremental-Weggeber, spindelgesteuerte Winkelgeber oder dergleichen für eine kon­ tinuierliche Wegmessung verwendet. Weiters ist auch die Ver­ wendung von Schiebewiderständen im genannten Zusammenhang be­ kannt, welche über konstruktiv sehr aufwendige mechanische Übertragungselemente mit dem bewegbaren Bauelement in Ver­ bindung stehen. Allen bekannten Ausführungen haftet der Nach­ teil einer relativ komplizierten und damit herstellungs-, mon­ tage- und wartungsaufwendigen Konstruktion an, wobei zusätzlich noch in den meisten Fällen eine erhöhte Staub- bzw. Schmutzge­ fährdung besteht, die die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Wegmeßeinrichtung stark beeinträchtigen kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrich­ tung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die genann­ ten Nachteile der bekannten derartigen Einrichtungen vermieden werden und daß insbesonders auf einfache Weise eine funktions­ sichere Wegmessung an Pneumatikzylindern oder ähnlichen Ein­ richtungen ermöglicht wird.

Dies wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch er­ reicht, daß das Übertragungselement von einem berührungslos magnetisch mit dem Bauelement gekoppelten Stellschlitten ge­ bildet ist, wobei das Gehäuse zumindest entlang der Bahn des Stellschlittens aus einem nichtmagnetischen Werkstoff besteht, und daß das Meßelement einen entlang der Bahn des Stellschlit­ tens außen am Gehäuse angeordneten Widerstandskörper aufweist, der unmittelbar mit einem Schleifkontakt am Stellschlitten zusammenwirkt. Damit ist also jede seitliche Öffnung des Ge­ häuses bzw. eines pneumatischen Arbeitszylinders zur Koppelung der festzustellenden Bewegung mit dem dies ermöglichenden Meß­ element vermieden. Durch die unmittelbare Zusammenwirkung des Schleifkontakts am Stellschlitten mit dem am Gehäuse ange­ ordneten Widerstandskörper ist eine sehr einfache Übertra­ gung der zu bestimmenden Bewegung erreicht, die gegenüber störenden Umgebungseinflüssen weitgehend unempfindlich ist und eine Wegmessung mit auf alle Fälle für Pneumatikzylinder weitaus ausreichender Genauigkeit ermöglicht.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Stellschlitten mit Rollen in einer außen am Gehäuse ange­ ordneten Führungsbahn geführt, was die Leichtgängigkeit des Übertragungselements verbessert und insgesamt zur Erhöhung der erzielbaren Genauigkeit beiträgt.

Im Bereich der Rollen können gemäß einer anderen Ausge­ staltung der Erfindung einzelne Magnete am Stellschlitten und/ oder am Bauelement angebracht sein, womit die magnetische Kop­ pelung unmittelbar im Bereich der Kontaktstellen zwischen Stell­ schlitten und Führungsbahn erfolgt, was die Führung verbessert und damit ebenfalls zur Erhöhung der Genauigkeit beiträgt.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Er­ findung ist vorgesehen, daß die Führungsbahn als bis auf einen an der dem Gehäuse zugewandten Seite angeordneten Längsschlitz für die magnetische Koppelung geschlossenes Kastenprofil ausge­ bildet ist. Auf diese Weise ist der Bewegungsbereich des Stell­ schlittens weitgehend gegenüber äußeren Einflüssen abgeschirmt, was insbesonders die Anfälligkeit gegen Schmutz und auch gegen mechanische Störungen stark herabsetzt.

Der Widerstandskörper kann nach einer weiteren Ausge­ staltung der Erfindung bandförmig ausgebildet und an der dem Gehäuse ab­ gewandten Innenseite des Kastenprofils angeordnet sein. Dieser bandförmige Widerstandskörper kann für sich oder in Zusammen­ wirkung mit der Auswerteeinheit in Längsrichtung linearisiert sein. Durch die Anordnung im Inneren des Kastenprofils ist die Gefahr von mechanischen Beschädigungen bzw. von Verunreinigun­ gen in vorteilhafter Weise stark herabgesetzt.

Das Kastenprofil kann gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung an beiden Enden staubdicht verschlossen sein, was zusätzlich zu einer Erhöhung der Unempfindlichkeit der Wegmeß­ einrichtung gegen äußere Einflüsse führt.

Nach einer besonders bevorzugten weiteren Ausbildung der Erfindung kann schließlich auch der Längsschlitz des Kasten­ profils mit einer nichtmagnetischen Abdeckung, z.B. einer Kunststoffolie, staubdicht abgedeckt sein, womit sich ein ins­ gesamt abgedichteter Bewegungsbereich für den Stellschlitten im Inneren des Kastenprofils und damit eine ausgezeichnete Unem­ pfindlichkeit der Wegmeßeinrichtung gegen Störeinflüsse von außen ergibt.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand des in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Fig. 1 zeigt einen teilweisen Längsschnitt durch einen Pneumatikzylin­ der mit einer erfindungsgemäßen Wegmeßeinrichtung und Fig. 2 zeigt einen teilweisen Querschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1 in vergrößertem Maßstab.

Im Zylinder 1 eines pneumatischen Arbeitszylinders 2 ist ein Kolben 3 in Richtung der Achse 4 geführt und über hier nicht dargestellte Druckmittelanschlüsse mit Druckmedium beaufschlag­ bar und damit entlang der Achse 4 hin und her bewegbar. Der Kolben 3 weist einen mit einem Führungsring 5 an der Innen­ wand des Zylinders 1 abgestützten Zentralteil 6 auf, an welchem mittels Klemmscheiben 7, 8 Dichtungen 9 befestigt sind, die den Übertritt von Druckmedium aus den an die Klemmscheiben 7, 8 an­ grenzenden Zylinderräumen auf die jeweils gegenüberliegende Seite unterbinden. Der Zentralteil 6 ist dabei zusammen mit den Klemmscheiben 7, 8 und den Dichtungen 9 am vorderen Ende einer Kolbenstange 10 aufgesetzt und mittels einer Schraube 11 in der Klemmscheibe 7 gegen eine Schulter 12 an der Kolben­ stange 10 verspannt.

Um die jeweils aktuelle Position des Kolbens 3 bzw. der Kolbenstange 10 bestimmen und beispielsweise in einem Regel­ kreis zur Steuerung des Druckmediums für den Pneumatikzylinder verwenden zu können ist eine Wegmeßeinrichtung vorgesehen, die im wesentlichen ein mit dem Kolben 3 mitbewegtes Übertragungs­ element 12, ein mit dem Zylinder 1 in Bewegungsrichtung des Kolbens 3 feststehendes Meßelement 13 und eine hier nicht weiter dargestellte Auswerteeinheit umfaßt. Über elektrische Anschlußleitungen 14 ist diese Auswerteeinheit mit dem Meßelement 13 verbunden. Das Übertragungselement 12 ist von einem berührungslos magnetisch mit dem Kolben 3 gekoppelten Stellschlitten 15 gebildet, der mit Rollen 16 in einer außen am Zylinder 1 angeordneten Führungsbahn 17 geführt ist. Im Bereich der Rollen 16 sind einzelne Magnete 18 am Stellschlitten 15 sowie auch am Kolben 3 angebracht, die mit ihrer Polung so zusammenwirken, daß der Stellschlitten 15 trotz fehlender mechanischer Koppelung mit dem Kolben 3 bei dessen Bewegung entlang der Achse 4 mitgenommen wird. Der Zy­ linder 1 muß dazu zumindest entlang der Bahn des Stellschlittens 15 aus einem nichtmagnetischen Werkstoff bestehen, damit die magnetische Koppelung vom Kolben 3 zum Stellschlitten 15 nicht unterbrochen wird.

Die Führungsbahn 17 ist als bis auf einen an der dem Zylinder 1 zugewandten Seite angeordneten Längsschlitz 19 für die am Stellschlitten 15 angebrachten Magnete 18 geschlossenes Kastenprofil 20 ausgeführt, wie dies auch aus Fig. 2 im Schnitt ersichtlich ist. Dieses Kastenprofil 20 ist an beiden Enden 21, 22 abgeschlossen und damit dicht gegen Eindringen von Staub bzw. sonstigen Verunreinigungen. Der Längsschlitz 19 des Kastenprofils könnte noch zusätzlich mit einer nichtmagnetischen Abdeckung, z.B. in Form einer Kunststoffolie oder dergleichen, staubdicht abgedeckt sein, was hier aber nicht dargestellt ist.

Das Meßelement 13 weist einen entlang der Bahn des Stell­ schlittens 15 an der dem Zylinder 1 abgewandten Innenseite 23 des Kastenprofils 20 auf einem Isolierträger 24 angeordneten bandförmigen Widerstandskörper 25 auf, der unmittelbar mit einem Schleifkontakt 26 am Stellschlitten 15 zusammenwirkt. Dazu ist noch auf Fig. 2 zu verweisen, wo ersichtlich ist, daß der Wider­ standskörper 25 aus zwei parallel nebeneinander geführten Bahnen 27, 28 besteht, die separat jeweils mit einem der Anschlüsse 14 (Fig. 1) verbunden sind und über zwei miteinander in Verbindung stehende Bügel 29, 30 des Schleifkontakts 26 leitend verbunden werden. Damit ist der über die Anschlußleitungen 14 bestimmbare elektrische Widerstand des in der Zeichnung nach Fig. 1 oberhalb der Kontaktstelle zwischen Widerstandskörper 25 und Schleifkontakt 26 liegenden Teils des Widerstandskörpers 25 unmittelbar ein Maß für die axiale Position des Kolbens 3 im Zylinder 1.

In Fig. 2 ist schließlich noch zu ersehen, daß die Rollen 16 am Stellschlitten 15 mittels einer Achse 31 angelenkt sind und daß im Bereich der beiden Bügel 29, 30 des Schleifkontakts 26 Ausnehmungen 32 im Stellschlitten 15 angebracht sind, die eine zufriedenstellende federnde Anlage der Enden der Bügel 29, 30 an den beiden Bahnen 27, 28 des Widerstandskörpers 25 erlauben. Weiters ist in Fig. 2 noch der Zylinderdeckel 33 mit Befesti­ gungsbohrungen bzw. Spannbolzen 34 zu ersehen.

Die Befestigung der Führungsbahn 17 bzw. des Kastenprofils 20 am Zylinder 1 ist hier (Fig. 1) nur über die Mittellinien 35 von nicht weiter dargestellten Schrauben angedeutet. Der Schleif­ kontakt 26 ist mit einer Schraube 36 am Stellschlitten 15 be­ festigt. Die Befestigung der Magnete 18 am Stellschlitten 15 kann beispielsweise durch Klebung erfolgen; die Befestigung der Magnete 18 am Kolben 3 erfolgt hier über Magnetträger 37, die in Ausnehmungen 38 des Zentralteils 6 des Kolbens 3 einge­ setzt sind und auch aus anderem Werkstoff als der Zentral­ teil 6 selbst bestehen können - die eigentliche Befestigung der Magnete 18 kann auch hier wiederum durch Klebung an den Magnetträgern 37 erfolgen.

Abgesehen von der dargestellten Ausführung des Stell­ schlittens mit Rollen könnte auch eine andere entsprechend reibungsarme Führung für den Stellschlitten gewählt werden; auch könnten die Magnete zur Herstellung der Koppelung zwischen Kolben 3 und Stellschlitten 15 nur an einem der beiden Bau­ teile angebracht werden, soweit der andere Bauteil zumindest bereichsweise magnetisch ansprechend ausgeführt würde.

Schließlich sei noch darauf hingewiesen, daß die be­ schriebene Wegmeßeinrichtung nicht nur - wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt - für Pneumatikzylinder bzw. druckmittelbetätig­ bare Arbeitszylinder verwendbar ist, sondern allgemein zur Weg­ messung an einem in einem Gehäuse bewegbaren Bauelement, wobei aber im Hinblick auf die obigen Ausführungen nur die Bezeichnun­ gen "Zylinder" und "Kolben" durch die allgemeineren Ausdrücke "Gehäuse" und "Bauelement" zu ersetzen sind.

Claims (7)

1. Wegmeßeinrichtung für ein in einem Gehäuse bewegbares Bau­ element, insbesonders für den Arbeitskolben eines Pneumatik­ zylinders, der in einem Zylinder von Druckmittel gesteuert axial bewegbar ist, welche ein mit dem Bauelement mitbe­ wegtes Übertragungselement, ein mit dem Gehäuse in Bewegungs­ richtung des Bauelements feststehendes Meßelement und eine Auswerteeinheit umfaßt, dadurch gekennzeich­ net, daß das Übertragungselement (12) von einem berührungs­ los magnetisch mit dem Bauelement (3) gekoppelten Stell­ schlitten (15) gebildet ist, wobei das Gehäuse (1) zumin­ dest entlang der Bahn des Stellschlittens (15) aus einem nichtmagnetischen Werkstoff besteht, und daß das Meßelement (13) einen entlang der Bahn des Stellschlittens (15) außen am Gehäuse (1) angeordneten Widerstandskörper (25) auf­ weist, der unmittelbar mit einem Schleifkontakt (26) am Stellschlitten (15) zusammenwirkt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellschlitten (15) mit Rollen (16) in einer außen am Ge­ häuse (1) angeordneten Führungsbahn (17) geführt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Rollen (16) einzelne Magnete (18) am Stell­ schlitten (15) und/oder am Bauelement (3) angebracht sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbahn (17) als bis auf einen an der dem Ge­ häuse (1) zugewandten Seite angeordneten Längsschlitz (19) für die magnetische Koppelung geschlossenes Kastenprofil (20) ausgebildet ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandskörper (25) bandförmig ausgebildet und an der dem Gehäuse (1) abgewandten Innenseite (23) des Kastenprofils (20) angeordnet ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kastenprofil (20) an beiden Enden (21, 22) staub­ dicht verschlossen ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Längsschlitz des Kastenprofils mit einer nichtmagne­ tischen Abdeckung, z.B. eine Kunststoffolie, staubdicht ab­ gedeckt ist.