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JPH05176998A - 行程距離測定のためのシリンダコンデンサとして構成された呼吸気送出のためのピストン−シリンダユニット - Google Patents

行程距離測定のためのシリンダコンデンサとして構成された呼吸気送出のためのピストン−シリンダユニット

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Publication number
JPH05176998A
JPH05176998A JP4167403A JP16740392A JPH05176998A JP H05176998 A JPH05176998 A JP H05176998A JP 4167403 A JP4167403 A JP 4167403A JP 16740392 A JP16740392 A JP 16740392A JP H05176998 A JPH05176998 A JP H05176998A
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JP
Japan
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piston
cylinder
wall
stroke
unit
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Application number
JP4167403A
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JPH0657257B2 (ja
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Ralf Dittmann
ディットマン ラルフ
Brigitte Dautzenberg
ダウツェンベルク ブリギッテ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Draegerwerk AG and Co KGaA
Original Assignee
Draegerwerk AG and Co KGaA
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Filing date
Publication date
Application filed by Draegerwerk AG and Co KGaA filed Critical Draegerwerk AG and Co KGaA
Publication of JPH05176998A publication Critical patent/JPH05176998A/ja
Publication of JPH0657257B2 publication Critical patent/JPH0657257B2/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ピストン−シリンダユニットのための距離検
出を改良して簡単で、正確かつ再現可能に絶対距離を測
定し、消耗部材の使用を必要としない、ピストン行程時
に変化する行程距離を測定するための測定装置が得られ
るようにする。 【構成】 一方のシリンダ壁２８の少なくとも一部分お
よび他方のピストン壁２８が電気的なシリンダコンデン
サのプレートとして構成されており、これらの間で誘電
体としてのロールダイヤフラム９がピストン４とシリン
ダ１のその都度重なり合った導電性の壁部材２８，１２
を覆っており、かつ行程運動時に変化するコンデンサ
９，１２，２８の容量がピストンの行程距離測定のため
に評価ユニット４０，４１，４２，４４，４５，４６に
よって検出可能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、駆動ユニットを介して
制御可能である、呼吸装置における呼吸気のための送出
装置としてのピストン−シリンダユニットであって、ピ
ストンがシリンダに対して相対的に移動可能であり、か
つシール部材としてピストン壁とシリンダ壁との間で展
開するロールダイヤフラムが設けられた形式のものに関
する。
【０００２】
【従来の技術】このような送出装置はＤＥ−ＯＳ３８１
７０９２から公知である。
【０００３】この公知のピストン−シリンダユニットで
はピストンはピストンロッドを介して駆動モータによっ
て往復運動せしめられ、かつ二重ロールダイヤフラムを
用いてシリンダ壁に沿って案内せしめられ、その際にピ
ストンのシリンダ壁に対する相対的な位置が光バリヤに
よって検出される。このような距離ピックアップはイン
クリメント式発信器として働くが、これは相対運動と運
動方向（前進、後退）のみを検出するにすぎず、終端位
置からの絶対位置を検出しない。
【０００４】絶対的な距離測定のためには回転形または
摺動形電位計が使用されるが、これらは機械的な摩耗現
象（摩耗）のために長期間にわたって正確な距離測定を
可能とするのに十分には長期安定性ではない。その上に
これらの電位計はアナログ信号を発生し、アナログ信号
はその後の処理に昨今使用されるディジタル式測定技術
ではアナログ−ディジタル変換器を必要とする。
【０００５】
【発明が解決しょうとする課題】本発明の課題は、ピス
トン−シリンダユニットのための距離検出を改良して簡
単で正確かつ再現可能に絶対距離を測定し、消耗部材の
使用を必要としない、ピストン行程時に変化する行程距
離を測定するための測定装置が得られるようにすること
である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの本発明の手段は、一方のシリンダ壁の少なくとも一
部分および他方のピストン壁が電気的なシリンダコンデ
ンサのプレートとして構成されており、これらの間で誘
電体としてのロールダイヤフラムがピストンとシリンダ
のその都度互いに重なり合った導電性の壁部分を覆って
おり、かつ行程運動時に変化する、コンデンサの容量が
ピストンの行程距離の測定のために評価ユニットによっ
て検出可能である。
【０００７】
【発明の効果】本発明の利点は主として次の点にある、
すなわち機械的に簡単に構成されており、かつ付加的な
摩耗部材を必要とせず、かつ絶対距離を測定する測定装
置が可能であることである。ピストン−シリンダユニッ
トを容量形測定値発信器として構成したことによって測
定信号の評価を簡単な発振またはブリッジ回路の形で実
現することができ、該回路は後続処理のために測定信号
をディジタル操作式電子構成部材へ直接連結するのを許
す。ピストン壁およびシリンダ壁は一部または全部が金
属で形成されるかもしくは金属でライニングされるかま
たは被覆されている。行程運動の間はコンデンサの容量
Ｃは公知の法則： Ｃ＝ｅo・ｅr・２・Ｐｉ・ｌ・（ｌｎ（ｒa／ｒi））-1 〔式中、ｌはその都度のピストンとシリンダの重なり合
った壁部分の長さを表し、ｒaはシリンダ軸線からシリ
ンダ内面までの半径方向距離を表し、ｒiはシリンダ軸
線からピストン外面までの半径方向距離を表し、ｅoは
絶対誘電率であり、かつｅrは相対誘電率である〕に従
って変化する。ピストン壁とシリンダ壁の重なりが増大
すると容量の増大が生じ、この重なりが減少するとシリ
ンダコンデンサの容量の減少が起る。したがって行程運
動の方向と量が単にシリンダコンデンサの容量変化の無
接触式測定によって可能である。コンデンサの誘電体と
して働くロールダイヤフラムはゴム弾性材料（例えばデ
ュポン社の市販名ビトン（Ｖｉｔｏｎ）で知られている
もの）製であり、これは相対誘電率ｅr約２を有し、こ
れによりより正確で、感度の高い容量測定が可能であ
る。
【０００８】誘電体として展開するロールダイヤフラム
はピストン−シリンダユニット内への締込みの構造的な
実施形に応じてその進んだ行程距離に応じて多かれ少な
かれ大きく重なるように折りたたまれる。これにより相
対誘電率はこの結果材料が厚目になるために更に変化せ
しめられるが、しかしこの現象は測定信号に対する影響
を校正することによって考慮することができる。
【０００９】この原因による校正を回避したい場合には
ロールダイヤフラムが導電性のコンデンサプレート間で
常に１層を保って展開するように配慮しなければならな
い。このことは例えばピストン終端位置においてロール
ダイヤフラムがスリーブ状にピストンを包囲し、かつこ
の位置でダイヤフラムの１端縁がシリンダ壁内に締込ま
れ、その結果コンデンサプレートが最大に重なった状態
でも１層の誘電体が完全にコンデンサプレート領域と一
致することによって達成することができる。引続くピス
トン壁の行程運動においてロールダイヤフラムは定置の
締込み箇所においてピストン壁から離れ、かつ一緒に移
動する折り目を形成する。しかしロールダイヤフラムの
ピストン壁上に残った部分は、最大の行程変化量のとき
にピストンとダイヤフラムが配属のシリンダ内面の導電
性壁部分から完全に離されるまで常に１層の形でコンデ
ンサプレート間に存在する。
【００１０】相対誘電率ｅrを更に高めるためにはピス
トン壁および（または）シリンダ壁を誘電体のシートで
ライニングすることができる。このようなシートの材料
はポリアミド（デュポン社の市販名カプトン（ｃａｐｔ
ｏｎ））から成っていてよく、これにより総相対誘電率
ｅrを更に係数３〜５だけ高めることができる。相対誘
電率を高めるために好適なその他の材料はシリコーン
（ｓｉｌｉｋｏｎ）とネオプレン（Ｎｅｏｐｒｅｎ）で
ある。更にシリンダ内壁面にも誘電性のシートをライニ
ングすることができ、これにより相対誘電率を全体的に
高めることができる。
【００１１】このシリンダコンデンサの、容量と進んだ
距離に関する校正が簡単なことは、これを所定の行程運
動を実施するようにピストン−シリンダユニットを制御
するための調節部材として使用するのにきわめて好適な
ものとする。そのためには評価ユニットが調節器と結合
されており、調節器には複数の送出行程に必要な行程距
離が目標値として記憶されている。行程運動の実施は容
量測定を基に制御され、かつこれに伴う実測値が目標値
と比較される。実測値が目標値からずれていた場合ピス
トンは駆動ユニットによって適切な方向に必要な行程距
離だけ移動せしめられ、これにより目標値が正確に達成
される。
【００１２】
【実施例】図１にはピストン−シリンダユニットが示さ
れている。ピストン−シリンダユニットはプラスチック
材料製のシリンダ１を備え、その端面はベースプレート
２と接続プレート３によって閉じられている。シリンダ
１の内部ではピストン４が軸受６内を案内されたピスト
ンロッド５に受容されており、ピストンロッドは駆動装
置７と結合されている。ピストン壁２８はシリンダ１に
対してロールダイヤフラム９によってシールされてお
り、ロールダイヤフラムはピストン２８の外壁面の囲り
にゴム弾性のシールとして設けられている。ロールダイ
ヤフラム９はピストン２８の端面プレート２１の高さに
おいてシリンダ壁２９内の適当な切欠３２内に結合され
ている。ロールダイヤフラム９はシリンダ１の内部を前
室１８と作業室２０とに分割し、前室は貫通口１９を介
して外気と接続されており、かつ作業室内ではピストン
４の行程運動によって生じる呼吸圧が形成される。作業
室２０はコップ形ロールダイヤフラム８で覆われてお
り、コップ形ロールダイヤフラムは接続プレート３の突
出部３３内で結合され、かつピストンの端面プレート２
１上に載っている。したがって作業室２０はピストン４
の全行程運動の間行程運動に適合した弾性の袋で覆われ
ていて、一方の接続された呼吸装置（図示せず）の呼吸
気を案内する管路と他方のピストンシリンダユニツトの
駆動部材との分離を行う。作業工程の間に押しのけられ
た作業室内の呼吸気は接続プレート３に取付けられた接
続管片２２から図示されていない呼吸装置の呼吸機構２
５へ流れることができる。呼吸機構２５は同じく図示さ
れていない吸気管路および呼気管路のための接続部２
６，２７を有しており、これらを介して呼吸気の供給が
行われる。シリンダ壁２９の内面の１部分は被覆１２の
形の導電性のライニングで覆われており、少なくともこ
の被覆はピストン４が図１に示された終端位置にある状
態でピストン壁２８に平行に延びている。導電性の被覆
１２には所属の接続線路１３を備えた電気的なコンタク
ト１４が設けられており、コンタクトによって被覆１２
は駆動装置７を介して電気的なエネルギーを供給され
る。同様にして導電性材料から製作されたピストン４は
接続部材１０および接続線路１１を備えている。図示の
ピストンの終端位置では作業室２０は最大に膨張してい
る。ピストン壁２８および被覆１２を備えたシリンダ壁
２９はシリンダコンデンサの面を形成し、その容量は一
方で被覆１２とシリンダ壁２８との間の半径方向の距離
および他方でピストン壁２８とシリンダ壁２９の重なり
合った壁部分によって決められる。被覆１２とシリンダ
壁２８との間に一層で展開した、誘電体としてのロール
ダイヤフラム９はシリンダ容量に対して広い影響を有す
る。
【００１３】ピストンシリンダユニットの運転時にはピ
ストン４（ピストンロッド５によって駆動される）が行
程運動を行い、作業室２０の方向への行程運動の進展と
ともにロールダイヤフラム９はピストン壁２８から離さ
れ、かつ一方のピストン壁２８と他方の被覆１２の重な
り合った面積部分は小さくなる。重なり合った面積部分
のこの減少のためにシリンダコンデンサの容量は、ある
点まで直線形に減少し、この地点ではピストン４が作業
室２０の方向に最大行程距離を行った場合で容量はその
最小値を取る。次いでピストン４は図示されていない上
位点位置を取りこの位置は最小の、一定の残留容量によ
って固定される。ピストン４の図１に示された下死点位
置へ向かうこの戻り運動ではコンデンサの容量が、ロー
ルダイヤフラム９の被覆１２との重なりの開始とともに
コンデンサ面積として重なり合う部分が増大するにした
がって再び増大する。図示の下死点位置ではこのように
して形成されたシリンダコンデンサが最大可能な容量を
有している。全行程運動中に望まれる、ダイヤフラムの
１層の展開は、ロールダイヤフラム９の結合部（切欠）
３２としての固定箇所がシリンダ壁２９の導電性の領域
（被覆１２によって規定される）の向うに設けられてい
ることによって達成される。この場合ピストン壁２８と
被覆１２との最大の重なりが達成されるようにロールダ
イヤフラム９の固定場所を決めるためにはピストン４は
下死点位置にある。
【００１４】図２のブロック回路図にはシリンダ１とこ
のシリンダ内で案内されるピストン４が示されており、
ピストンは略示されており、かつ駆動装置７を介してピ
ストンロッド５によって移動せしめられる。導電性のピ
ストン壁２８は接続線路１１を介してアースされてい
る。図１で駆動装置７に配属された電子制御構成素子の
すべてが図２に個々に挙げられている。約１０ｋＨｚの
周波数で動作するマルチバイブレータ４０から高周波数
の交流電圧が単安定マルチバイブレータ（モノフロッ
プ）へ伝送され、単安定マルチバイブレータの約ｋＨｚ
の信号パルスは接続線路１３を介してシリンダ１のシリ
ンダ壁２９の導電性の部分に更に送られる。
【００１５】このようにしてピストン４とシリンダ１と
はタイミング回路の可変容量を成しており、タイミング
回路のパルス接続時間は変化する容量とともに約１０〜
１００マイクロ秒のオーダ範囲内で変わる。モノフロッ
プ４１から発生せしめられた、シリンダコンデンサ４，
２９の容量に依存する信号は操作増幅器４２へ送られ、
この操作増幅器によってパルス幅補正素子４３を用いて
パルス幅はこれが単にシリンダコンデンサ４，２９の変
化する容量から生じた量に変えられる。パルス幅補正素
子４３は、その他の電気的なスイッチ回路から回路によ
り定められる容量を取出し、かつこれをピストンシリン
ダユニットの容量依存性の成分から分離する役割をす
る。
【００１６】このように補正された信号はもう１つの操
作増幅器４４へ供給される。操作増幅器の出力は能動フ
ィルタ４５を介して信号タップ４６に当接している。能
動フィルタ４５に対して並列に信号タップ４６と操作増
幅器４４の反転入力端子との間に直流電圧抑圧回路４７
が接続されている。したがって信号タップ４６には電圧
信号が存在し、電圧信号はシリンダ壁２９に対して相対
的なピストン４の位置に依存して補正されたマルチバイ
ブレータ４０のパルスによって形成される。信号タップ
４６は電位線路４８を介して同様にしてアースされてい
る。一方の被覆１２によって導電性にされたシリンダ壁
２９と他方の誘電性のロールダイヤフラム９で覆われた
ピストン壁２８との重なり合った部分から構成されたシ
リンダコンデンサの変化する容量のためにシリンダ１内
のピストン４の位置に応じて信号タップ４６で生じるパ
ルス幅はまさに直線の関係で変化し、したがって例えば
摺動形電位計（これはピストンロッド５に接続され、か
つこれにより信号タップ４６における信号を距離の長さ
に校正することができる）を用いて当初に１度校正を行
った後は信号幅と距離変化との明確な対応関係が得られ
る。
【００１７】図３には図１のＺ部分がより明白に示され
ている。部分Ｚはピストン−シリンダユニットの、プレ
ートコンデンサを形成する部分から取出した部分であ
る、ピストン壁２８は誘電性のシート３０で覆われてお
り、シート上にロールダイヤフラム９が設けられてい
る。これに対して導電性の被覆１２は導電性ではないプ
ラスチックから製作されたシリンダ壁２９上に存在す
る。この被覆１２も同様に誘電性のシート３０を有して
いる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ピストン−シリンダユニットの断面図である。
【図２】測定信号を評価するための電気回路のブロック
図である。
【図３】図１の部分Ｚの拡大図である。
【符号の説明】
１ シリンダ ２ ベースプレート ３ 接続プレート ４ ピストン ５ ピストンロッド ６ 軸受 ７ 駆動装置 ８ コップ形ロールダイヤフラム ９ ロールダイヤフラム １０ 接続部材 １１，１３ 接続線路 １２ 被覆 １４ コンタクト １８ 前室 １９ 貫通口 ２０ 作業室 ２１ 端面プレート ２２ 接続管片 ２５ 呼吸機構 ２６，２７ 接続部 ２８ ピストン壁 ２９ シリンダ壁 ３２ 切欠 ３３ 突出部 ４０ マルチバイブレータ ４１ モノフロップ ４２，４４ 操作増幅器 ４３ パルス幅補正素子 ４５ 能動フィルタ ４６ 信号タップ ４７ 直流電圧抑圧回路 ４８ 電位線路

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 駆動ユニットを介して制御可能である、
    呼吸装置における呼吸気のための送出装置としてのピス
    トン−シリンダユニットであって、ピストンがシリンダ
    に対して相対的に移動可能であり、その運動が距離ピッ
    クアップによって検出可能であり、かつシール部材とし
    てピストン壁とシリンダ壁との間で展開するロールダイ
    ヤフラムが設けられた形式のものにおいて、一方のシリ
    ンダ壁（２９）の少なくとも一部分および他方のピスト
    ン壁（２８）が電気的なシリンダコンデンサのプレート
    として構成されており、これらの間で誘電体としてのロ
    ールダイヤフラム（９）がピストン（４）とシリンダ
    （１）のその都度互いに重なり合った導電性の壁部分
    （２８，１２）を覆っており、かつ行程運動時に変化す
    る、コンデンサ（９，１２，２８）の容量がピストン
    （４）の行程距離の距離測定のために評価ユニット（４
    ０，４１，４２，４４，４５，４６）によって検出可能
    であることを特徴とする、行程距離測定のためのシリン
    ダコンデンサとして構成された呼吸気搬送のためのピス
    トン−シリンダユニット。
  2. 【請求項２】 シリンダ壁（２９）におけるロールダイ
    ヤフラムが、これが常にコンデンサプレートとしてのピ
    ストン壁（２８）と導電性のシリンダ壁（１２）との間
    の１層の中間層として展開するように張設されている、
    請求項１記載のピストン−シリンダユニット。
  3. 【請求項３】 誘電体（９）の相対誘電率ｅrを高める
    ためにピストン壁（２８）および（または）シリンダ壁
    （２９）が誘電性シート（３０）でライニングされてい
    る、請求項１または２記載のピストン−シリンダユニッ
    ト。
JP4167403A 1991-06-25 1992-06-25 行程距離測定のためのシリンダコンデンサとして構成された呼吸気送出のためのピストン−シリンダユニット Expired - Lifetime JPH0657257B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4120913A DE4120913A1 (de) 1991-06-25 1991-06-25 Kolben-zylindereinheit zur atemgasfoerderung als zylinderkondensator fuer die hubstreckenmessung
DE4120913.3 1991-06-25

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH05176998A true JPH05176998A (ja) 1993-07-20
JPH0657257B2 JPH0657257B2 (ja) 1994-08-03

Family

ID=6434679

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