DE4105702A1 - Linearer wegaufnehmer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen linearen Wegaufnehmer zur Ermittlung der Position eines verschiebbaren Geräte- oder Maschinenelementes, insbesondere eines verschiebbaren Elementes eines druckmittelbetätigbaren Arbeitszylinders, bestehend aus einem in einem Gehäuse geführt verschiebbaren Positionsgeber und einem Kopplungselement zur mechanischen Kopplung zwischen Geräte- bzw. Maschinenelement und Positionsgeber.

Die Ermittlung der Position von Geräten oder Maschinen ist im Hinblick auf einen gesteuerten bzw. geregelten Bewegungsablauf in einer Geräte- bzw. Maschinengruppe unerläßlich. Besonderes Augenmerk gilt neben der Erfassung von Drehbewegungen hauptsächlich der Erfassung von geführten linearen Verschiebungsbewegungen. Dabei stellt die ermittelte momentane Position eines Linearantriebes bzw. des Kolbens eines druckmittelbetätigbaren Arbeitszylinders die oben genannte Grundlage bzw. Eingangsgröße zur Regelung oder Steuerung eines solchen Antriebes oder gar einer ganzen Maschinengruppe dar.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 35 20 199 ist ein Wegaufnehmer bekannt, der in einem Arbeitszylinder integriert angeordnet ist. Dieser potentiometrische Wegaufnehmer arbeitet hierbei als Spannungsteiler. Der potentiometrische Wegaufnehmer ist dabei innerhalb der Kolbenstange des Arbeitszylinders angeordnet. Die Kolbenstange ist mit dem Arbeitskolben direkt verbunden und wird an einem Ende des Arbeitszylinders nach außen geführt, wo die Bewegung der Kolbenstange nach außen abgreifbar ist. Die Kolbenstange ist am anderen, d. h. zum Inneren des Arbeitszylinders weisenden Ende offen und über einen innerhalb des Zylinders fest angeordneten Zapfen teleskopartig verschiebbar geführt. Dieser Zapfen ist innen hohl und mit entsprechenden Schleifkontaktbahnen versehen und stellt somit das den Positionsgeber verschiebbar führende Gehäuse dar. Innerhalb der Kolbenstange ist ein stangenartiger Träger angeordnet, der an einem Ende mit der Kolbenstange fixiert ist und am anderen Ende den Positionsgeber aufnimmt und in den Zapfen einschiebbar ist. Dieser stangenartige Träger ist somit das Kopplungselement zwischen der linear verschiebbaren Kolbenstange und dem innerhalb des Zapfens verschiebbar geführten Positionsgeber. Über Schleifkontakte am Positionsgeber sind die entsprechenden Schleifkontaktbahnen innerhalb des Zapfens elektrisch abgreifbar und geben somit die Möglichkeit der Positionsermittlung der Kolbenstange bzw. des Kolbens über eine nach außen geführte Widerstandsmessung.

Bei dieser bekannten Anordnung ist die Integration des Wegaufnehmers in den Arbeitszylinder vorgesehen, kann aber auch für einen externen Anbau verwendet werden, wenn die gesamte Konstruktion des Arbeitszylinders darauf abgestimmt wird. Ein Wegaufnehmer dieser Art eignet sich jedoch nicht zum Nachrüsten bei bereits vorhandenen Arbeitszylindern bzw. beim Einsatz in kolbenstangenlosen Linearantrieben.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen linearen Wegaufnehmer zu schaffen, der an Linearantriebe oder Arbeitszylinder jeglicher Art einfach anbaubar oder innerhalb derselben integrierbar ist.

Bei einem linearen Wegaufnehmer der gattungsgemäßen Art wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.

Die Vorteile der Erfindung liegen darin, daß eine Möglichkeit zum nachträglichen Anbau bzw. zur Nachrüstung bei bestehenden Linearantrieben bzw. Arbeitszylindern gegeben ist. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Wegaufnehmers bietet in konstruktiv sehr einfacher und betriebssicherer Art die Möglichkeit der wasser- und staubdichten Abdichtung des nachträglich, d. h. extern angebauten Wegaufnehmers. Das entsprechend abgedichtete nach außen geführte Zugmittel gewährleistet dabei einen sicheren, dichten und zuverlässigen Betrieb. Dies alles führt zur universellen Einsetzbarkeit des extern anbaubaren Wegaufnehmers, selbst in Staub- und Spritzwasserbelasteten Geräte- bzw. Maschinengruppen. Die Führung des Positionsgebers durch Führungsnuten entlastet die Schleifkontakte und die Schleifkontaktbahnen, wodurch der Verschleiß erheblich reduziert wird.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 Längsschnitt durch Wegaufnehmer,

Fig. 2 Querschnitt durch Wegaufnehmer mit querschnittsumfassendem Schlitten,

Fig. 3 Wegaufnehmer mit Schwalbenschwanznut-geführtem Schlitten,

Fig. 4 Wegaufnehmer mit Stangen-geführtem Schlitten,

Fig. 5 Teilschnitt in Seitenansicht aus Fig. 4,

Fig. 6 Wegaufnehmer integriert in einen Linearantrieb.

Fig. 1 zeigt den linearen Wegaufnehmer in einem Längsschnitt. Dieser zeigt deutlich das gesamte Innenleben des Wegaufnehmers. Innerhalb des Gehäuses 1 ist ein sich in Längsrichtung erstreckender Kanal 2 geschaffen, der mit von sich ebenfalls in Längsrichtung erstreckenden Schleifkontaktbahnen 3, 3′ versehen ist. Innerhalb dieses Kanals ist ein Positionsgeber 4 geführt, der mit Schleifkontakten S versehen ist. Bei den Schleifkontaktbahnen 3, 3′ ist eine als Widerstandsbahn und die andere als Rückführungsbahn ausgebildet. Die Schleifkontaktbahnen 3, 3′ sind mit an einem Ende des Gehäuses 1 herangeführten elektrischen Anschlußleitungen 6 verbunden. Diese Anschlußleitungen sind über einen elektrischen Iso-Anschluß 7 nach außen geführt. Die Schleifkontakte 5 am Positionsgeber 4 stellen nun entsprechend ihrer momentanen Position einen elektrischen Kontakt zwischen der einen und der anderen Schleifkontaktbahn 3 bzw. 3′ her, so daß sich entsprechend der abgegriffenen Bahnabschnitte ein Spannungsteiler ergibt. Die Spannungsverhältnisse werden nach Eichung in eine Position umgerechnet. Der Positionsgeber 4 ist beidseitig mit einem Zugmittel 8 verbunden, beispielsweise mit einem Zugband, welches an den offenen Enden des Gehäuses 1 über Umlenkrollen 9, 9′ aus dem Gehäuse nach außen geführt ist und außen parallel zum Gehäuse verläuft. Die Umlenkrollen 9, 9′ sind in Deckeln 10, 10′ integriert angeordnet, die insgesamt den Wegaufnehmer nach außen entsprechend Staub- und wasserdicht abschließen. Um diese Dichtigkeit zu gewähren, ist das Zugmittel 8 bzw. das Zugband an den entsprechenden Stellen 11, 11′ der Deckel 10, 10′ entsprechend abgedichtet nach außen geführt. Die nach außen geführten Zugbandenden 12, 12′ sind mit einem Schlitten 13 verbunden. Dieser Schlitten 13 gibt die Möglichkeit der Verbindung beispielsweise mit einem kraftabgebenden Schlitten oder einer Kolbenstange eines Arbeitszylinders bzw. Linearantriebes. Der Schlitten 13 und das Zugband 8 des Wegaufnehmers stellen somit die Kopplung zwischen Linearantrieb und Positionsgeber her. Der Positionsgeber ist dabei staub- und wassergeschützt geführt, wodurch eine unempfindliche Wegaufnehmeranordnung geschaffen ist. Insgesamt erinnert die Form des linearen Wegaufnehmers an einen Zugbandzylinder; wobei hier jedoch kein Arbeitskolben vorhanden ist, der mit Druckmittel beaufschlagt wird, sondern innerhalb eines Gehäuses bzw. Kanals ein Positionsgeber geführt verschoben wird.

Fig. 2 zeigt den Querschnitt des Wegaufnehmers aus Fig. 1 an markierter Stelle AA. Das Gehäuse 1 ist im Querschnitt hierbei viereckig und mit einem innerhalb des Vierecks anliegenden Rundrohr 14 versehen. Innerhalb des Rundrohres 14 sind zwei Profilelemente 15, 15′ mit kreissegmentförmigem Querschnitt eingeschoben. Die Schleifkontaktbahnen 3, 3′ sind sich gegenüberliegend zwischen diesen kreissegmentquerschnittförmigen Profilen 15, 15′ angeordnet und erstrecken sich ebenfalls in Längsrichtung des so gebildeten Kanals 2. Die Profile 15, 15′ sind dabei aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt. Innerhalb dieses Kanals 2 ist der Positionsgeber 4 verschiebbar geführt angeordnet und stellt über die Schleifkontakte 5 an gegebener Stelle der Schleifkontaktbahnen 3, 3′ einen elektrischen Kontakt zwischen der oberen und der unteren Schleifkontaktbahn her. Die Außenkontur des Positionsgebers 4 und die zum Kanal weisende Kontur der Profile 15, 15′ sind dabei so ausgestaltet, daß die Außenkontur des Positionsgebers 4 teilweise sich in Längsrichtung erstreckende Nuten 16, 16′ der Profile 15, 15′ hineinerstreckt, und der Positionsgeber somit geführt verschiebbar ist. Dadurch wird ein Verkanten des Positionsgebers im Betrieb des Wegaufnehmers verhindert.

Da es sich bei dem Gehäuse 1 bzw. dem Rundrohr 14 um ein stangengepreßtes Bauteil handelt, wäre es auch denkbar, die Profile 15, 15′ einstückig mit dem Gehäuse 1 bzw. dem Rundrohr 14 auszubilden.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit, bei der das Gehäuse 1 aus einem Rohr mit rundem Querschnitt besteht, welches mit einer sich in Längsrichtung erstreckenden am Außenumfang des Rohres angeordneten Schwalbenschwanzführung 17 versehen ist. Innerhalb dieser ist dann ein entsprechend profilierter Schlitten 13 führbar.

Fig. 4 zeigt ein ebenfalls rohrförmiges Gehäuse 1, bei dem der Schlitten 13 den Außenumfang des Gehäuses teilweise berührt, jedoch an einer zwischen den Gehäusedeckeln fest angeordneten Stange 18 geführt angeordnet ist.

Fig. 5 zeigt die Ausgestaltung nach Fig. 4 im teilweisen Längsschnitt. Hierbei ist die Stange 18 zwischen den Gehäusedeckeln 10, 10′ (hier nur Gehäusedeckel 10 sichtbar) angeordnet und mit demselben verbunden. Der Schlitten 13 ist mit einer entsprechenden die Stange 18 durchlassenden Bohrung versehen. Das Zugband kann dabei entweder seitlich versetzt zur Stange 18 aus den Gehäusedeckeln 10 bzw. 10′ abgedichtet nach außen geführt und mit dem Schlitten 13 verbunden sein; oder aber für den Fall, daß die Stange 18 hohl, also als Rohr ausgebildet ist, durch sie hindurchgeführt werden, wobei die Stange dann mit einem Längsschlitz versehen ist und so eine Möglichkeit zur Befestigung des Zugbandes am Schlitten gegeben ist.

Fig. 6 zeigt den erfindungsgemäß vorgeschlagenen linearen Wegaufnehmer bei der Integration in einen kolbenstangenlosen Arbeitszylinder. Fig. 6 zeigt dabei das Profilrohr des Arbeitszylinders 20 im Querschnitt. Ein solcher kolbenstangenloser Arbeitszylinder wird in bekannter Weise als Zugbandzylinder bezeichnet. Hierbei ist jedoch vorgesehen, daß für den Einsatz des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Wegaufnehmers die Durchgangsöffnung 22 verwendet wird, die dabei das Gehäuse 1 bzw. den Kanal 2 gemäß Fig. 1 bildet, in dem der Positionsgeber 4 verschiebbar geführt ist. Der Positionsgeber 4 ist wie im ersten Ausgestaltungsbeispiel mit einem Zugmittel versehen, welches an den Enden des Kanals 2 über Umlenkrollen nach außen geführt ist. Dieses mit dem Positionsgeber 4 verbundene Zugmittel kann dabei beim Einsatz in einem üblichen kolbenstangenlosen Arbeitszylinder (Zugbandzylinder) direkt mit dem Arbeitsschlitten verbunden werden.

Bei allen Ausführungsmöglichkeiten kann das Zugmittel sowohl flach, d. h. als Band, als auch rund, d. h. beispielsweise als Zugseil ausgebildet sein.

Insgesamt bietet der lineare Wegaufnehmer so eine universelle Einsetzbarkeit, sogar bei der Integration des Wegaufnehmers in einen Arbeitszylinder bzw. einen Linearantrieb.

Claims (8)

1. Linearer Wegaufnehmer zur Ermittlung der Position eines verschiebbaren Geräte- oder Maschinenelementes, insbesondere eines verschiebbaren Elementes eines druckmittelbetätigbaren Arbeitszylinders, bestehend aus einem in einem Gehäuse geführt verschiebbaren Positionsgeber und einem Kopplungselement zur mechanischen Kopplung zwischen Geräte- bzw. Maschinenelement und Positionsgeber, dadurch gekennzeichnet,
daß das Gehäuse (1) rohrförmig ausgebildet ist und an den Enden mit Deckelgehäusen (10, 10′) verschlossen ist,
daß das Kopplungselement aus einem mit dem Positionsgeber (4) verbundenen Zugmittel (8) und einem das Zugmittel (8) außerhalb des Gehäuses (1) aufnehmenden, entlang des Gehäuses verschiebbaren Schlitten (13) besteht und
daß in den Deckelgehäusen (10, 10′) Umlenkrollen (9, 9′) für das Zugmittel (8) integriert angeordnet sind.

2. Linearer Wegaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckelgehäuse (10, 10′) das den Positionsgeber (4) hindurchführende Gehäuse (1) staub- und wasserdicht abschließen.

3. Linearer Wegaufnehmer nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) innen mit sich in Bewegungsrichtung des Positionsgebers (4) erstreckenden Schleifkontaktbahnen (3, 3′) und der Positionsgeber (4) mit entsprechenden Schleifkontakten (5) versehen ist, über die die Schleifkontaktbahnen (3, 3′) elektrisch abgreifbar sind.

4. Linearer Wegaufnehmer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Schleifkontaktbahnen (3, 3′) mit einem Widerstandswerkstoff versehen ist und die andere Schleifkontaktbahn niederohmig leitend ist.

5. Linearer Wegaufnehmer nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zugmittel (8) ein Zugband ist und aus dem Gehäuse (1) staub- und spritzwasserdicht abgedichtet nach außen geführt ist.

6. Linearer Wegaufnehmer nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitten (13) gleitend geführt und den Querschnitt des Gehäuses (1) vollständig umfassend ausgebildet ist.

7. Linearer Wegaufnehmer nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitten (13) auf einer einstückig mit dem Gehäuse (1) verbundenen Schwalbenschwanzführung (17) linear verschiebbar geführt ist.

8. Linearer Wegaufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Gehäuses (1) sich in Längsrichtung erstreckende Führungsnuten (16, 16′) angeordnet sind, über die der Positionsgeber (4) geführt ist.