Einrichtung zur Erfassung der relativ zu einem ersten Punkt veränderbaren Position eines zweiten Punktes

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erfassung der relativ zu einem ersten Punkt veränderbaren Position eines zweiten Punktes. Es ist ein elastisches Element vorgesehen, welches mit seinem einen Ende an einem ersten Teil und mit seinem anderen Ende an einem zweiten Teil, welches relativ zum ersten Teil bewegbar ist, befestigt ist. Ein Wegaufnehmer, dessen Stellgliedhub kleiner ist als der aufzunehmende Weg des zweiten Teiles ist mit seinem Stellglied mit einem zwischen den beiden Teilen liegenden Teilstück des elastischen Elementes verbunden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erfassung der relativ zu einem ersten Punkt veränderbaren Position eines zweiten Punktes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] Derartige Einrichtungen finden z.B. als Positioniereinrichtung an Arbeitszylindern Anwendung, um die jeweilige Kolbenposition festzustellen oder auch den Kolbenhub in Abhängigkeit von vorbestimmbaren Werten genau steuern zu können.

[0003] Es ist denkbar, zu diesem Zweck am Zylinder ein Untersetzungsgetriebe anzuordnen, welches von einer mit der Kolbenstange verbundenen Zahnstange angetrieben wird. An das Untersetzungsgetriebe läßt sich ein Potentiometer anschließen, welches in Abhängigkeit von dem von der Kolbenstange zurückgelegten Weg Signale abgibt, die den Kolbenstangenweg darstellen.

[0004] Eine derartige Ausbildung und Anordnung einer Einrichtung zur Erfassung der Position eines Teiles ist relativ aufwendig. Um einen störungsfreien Betrieb und eine zufriedenstellende Genauigkeit der Einrichtung zu gewährleisten, müssen die Zahnräder des Untersetzungsgetriebes sowie die Zahnstange sehr genau gefertigt werden.

[0005] Aber auch bei sehr genauer Fertigung der einzelnen Teile, wie Wellen, Lager, Zahnräder und Zahnstangen lassen sich nach längerem Betrieb Ungenauigkeiten nicht ganz vermeiden, da sich im Laufe der Zeit Spiel zwischen den Zahnrädern und an den Lagerstellen einstellt.

[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genanntenArt zu schaffen, welche sich mit einfachen Mitteln und mit nur geringem Bauteileaufwand herstellen läßt.

[0007] Diese Aufgabe wird mit der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen aufgezeigt.

[0008] Die erfindungsgemäße Einrichtung bietet insbesondere den Vorteil, universell einsetzbar zu sein. Da zur Erfassung der Position des relativ zu einem ersten Teil bewegbaren zweiten Teiles lediglich ein mit einem Wegaufnehmer zusammenwirkendes elastisches Element benötigt wird, dessen Dehnung in einem vorbestimmbaren Bereich gemessen wird (Weguntersetzung - langer Kolbenweg, kurze Meßstrecke -), läßt sich mit dieser Einrichtung auf einfache Art und Weise nicht nur ein gerader Weg sondern auch ein gekrümmter Weg messen. Bei Verwendung dieser Einrichtung zur Positionierung des Kolbens eines Arbeitszylinders kann die Einrichtung sowohl im Zylinder als auch am Zylindergehäuse angeordnet werden. Es ist somit möglich, jeden beliebigen Arbeitszylinder nachträglich auf einfache Art und Weise mit einer derartigen Einrichtung auszurüsten.

[0009] Es können in vorteilhafter Weise kurzhubige elektro-mechanische Wegaufnehmer eingesetzt werden.

[0010] Anhand der Zeichnung wird nachstehend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

[0011] Die Abbildung zeigt einen Arbeitszylinder, bei welchem die erfindungsgemäße Einrichtung außen am Zylinder befestigt ist. Zur Lagebestimmung des Arbeitskolbens ist die Einrichtung über einen an der Kolbenstange befestigten Mitnehmer mit der Kolbenstange verbunden.

[0012] Der in der Abbildung dargestellte Arbeitszylinder besteht im wesentlichen aus einem Zylinderrohr 4, einem Zylinderboden 7, einem Zylinderdeckel 1 sowie einem im Zylinderrohr 4 geführten Arbeitskolben, welcher mit einer Kolbenstange 36 verbunden ist. Der Zylinderdeckel 1 und der Zylinderboden 7 sind über Zuganker 5, 6 und Muttern 2, 3 mit dem Zylinderrohr 4 verspannt.

[0013] Auf dem Zylinderbodenumfang ist ein Gehäuse 8 befestigt, welches auf seiner dem Zylinderdeckel 1 zugewandten Seite einen rohrförmigen Fortsatz 28 trägt. Auf das freie Ende der Kolbenstange 36 ist ein mit einem Lagerauge versehener als Mitnehmer 35 dienender Hebel aufgeschoben und mittels einer Schraube 37 auf der Kolbenstange 36 fixiert. Der Mitnehmer 35 trägt an seinem freien Ende ein Rohr 31, welches parallel zur Zylinderlängsachse verläuft und sich teleskopartig in den rohrförmigen Fortsatz 28 des Gehäuses 8 hineinerstreckt. In den Mitnehmer 35 ist eine Schraube 34 eingedreht, und zwar derart, daß ihr freier Endbereich in das Rohr 31 hineinragt.

[0014] In eine Ausnehmung 33 der Schraube 34 ist das ösenförmig ausgebildete Ende 32 einer als elastisches Element dienenden Zugfeder 29 eingehängt. In das andere Ende der Zugfeder 29 ist mit ihrem abgestuften Bereich 20 eine zylindrische Halterung 17, 20 eingedreht. Die Halterung 17, 20 weist einen in Umfangsrichtung verlaufenden Führungsring 18 auf und ist in einer parallel zur Zylinderlängsachse verlaufenden Bohrung 21 des Gehäuses 8 verschiebbar angeordnet. Mittels einer Einstellschraube 12, welche in einem die Bohrung 21 stirnseitig verschließenden Deckel 15 gehalten wird und in die Halterung 17, 20 eingedreht ist, wird das andere Ende der Zugfeder 29 fixiert. Um ein Verdrehen der Halterung 17, 20 zu verhindern, sind am Deckel 15 wenigstens zwei Stifte 11, 14 vorgesehen, welche in entsprechende Ausnehmungen der Halterung 17, 20 eingreifen, so daß bei Verdrehen der Einstellschraube 12 nur eine Verschiebebewegung der Halterung 17, 20 in Längsrichtung erfolgt. Eine Kappe 10 ist über den Deckel 15 gestülpt und mittels Schrauben 9, 16 am Gehäuse 8 befestigt, so daß ein unbeabsichtigtes Lösen des Deckels 15 oder ein unbeabsichtigtes Verstellen der Einstellschrauben 12, 13 ausgeschlossen ist.

[0015] Auf der dem Federraum 21 abgewandten Seite einer das Gehäuse 8 unterteilenden Wand 23 ist ein Wegaufnehmer 22, der z.B. als Schiebepotentiometer ausgebildet sein kann, befestigt. Der Wegaufnehmer 22 weist ein Stellglied 24, 26 auf, welches einen sich durch eine in der Wand 23 vorgesehene Ausnehmung in Richtung auf die Zugfeder 29 zu erstreckenden Vorsprung 26 besitzt. Der Vorsprung 26 liegt an einer Windung der Zugfeder 29 an und wird mittels einer relativ schwachen Druckfeder 25, die sich am Gehäuse des Wegaufnehmers 22 abstützt und das Stellglied 24, 26 in Spannrichtung der Zugfeder 29 beaufschlagt, an der Windung gehalten.

[0016] Das Gehäuse 8 wird von einem Deckel 27 verschlossen. Es ist eine nicht dargestellte Auswerte- und Regelschaltung vorgesehen, die einerseits über eine Kabelführung 19 mit dem Wegaufnehmer 22 und andererseits mit einer nicht dargestellten Magnetventileinrichtung zum Be- und Entlüften des Zylinders elektrisch verbunden ist.

[0017] Um das Eindringen von Feuchtigkeit und Schmutz in den Federraum und in das Gehäuse 8 zu verhindern, ist an dem freien Ende des rohrförmigen Fortsatzes 28 des Gehäuses 8 ein Abstreifring 30 angeordnet, welcher am Rohr 31 anliegt.

[0018] Die Funktion der im Vorstehenden beschriebenen Einrichtung wird nachfolgend näher erläutert.

[0019] Es wird angenommen, daß die Kolbenstange 36 zur Hälfte aus dem Arbeitszylinder ausgefahren werden soll und der mit dem Wegaufnehmer 22 verbundene Regler der Auswerte-und Regelschaltung auf den entsprechenden Soll-Wert eingestellt wird. Über die Magnetventileinrichtung gelangt Druckmittel in die rechte Arbeitskammer des Arbeitszylinders und verschiebt den Arbeitskolben nach links. Die Kolbenstange 36 fährt aus dem Arbeitszylinder aus. Die einerseits an der Halterung 17, 20 und andererseits an dem mit der Kolbenstange 36 verbundenen Mitnehmer 35 befestigte Zugfeder 29 wird bei diesem Vorgang gespannt.

[0020] Der gesamte Federweg der Zugfeder 29 ist gleich dem von der Kolbenstange 36 zurückgelegten Weg. Da das Stellglied 24, 26 des Wegaufnehmers 22 seinen Abgriff jedoch nicht an dem kolbenstangenseitigen Ende der Zugfeder 29 hat sondern der Abgriff an einer Windung nahe der Halterung 17, 20 erfolgt, legt das Stellglied 24, 26 einen Weg zurück, der gleich dem reduzierten Federweg der Zugfeder 29 ist. D.H., der vom Stellglied 26, 24 zurückgelegte Weg ist gegenüber dem von der Kolbenstange 36 zurückgelegten Weg untersetzt. Vom Wegaufnehmer 22 wird auf die Auswerte- und Regelschaltung eine Spannung gegeben, deren Größe den vom Stellglied 24, 26 zurückgelegten, gegenüber dem Kolbenstangenweg reduzierten und dem Kolbenstangenweg proportionalen Weg darstellt. Dieser Ist-Wert wird mit dem Soll-Wert verglichen. Hat die Kolbenstange 36 die gewünschte Position erreicht, so sperrt die Magnetventileinrichtung die Arbeitskammer des Arbeitszylinders gegen die Druckmittelquelle ab.

[0021] Je nach Einstellung des Reglers der Auswerte- und Regelschaltung läßt sich so jede beliebige Kolbenstellung ermitteln bzw. vorbestimmen.

[0022] Zur Untersetzung des vom Wegaufnehmer aufzunehmenden, gegenüber dem Kolbenstangenweg reduzierten Weges kann selbstverständlich anstelle einer Zugfeder jedes andere beliebige elastische Element genommen werden.

[0023] Die Anwendung der im vorstehenden beschriebenen Einrichtung ist nicht an das Ausführungsbeispiel gebunden sondern läßt sich überall dort einsetzen, wo die Lage von zwei relativ zueinander bewegbaren Teilen ermittelt bzw. vorbestimmt werden soll.

[0024] Als elastisches Element kann z.B. die schon vorhandene Feder in einseitig mit Druckmittel beaufschlagbaren Arbeitszylindern oder bei Ventilen die Ventilfeder genommen werden.

[0025] Es ist auch möglich, den Wegaufnehmer auf einem ersten Teilstück des elastischen Elementes anzuordnen und das Stellglied des Wegaufnehmers an einem zweiten Teilstück des elastischen Elementes zu befestigen.

Ansprüche

1. Einrichtung zur Erfassung der relativ zu einem ersten Punkt veränderbaren Position eines zweiten Punktes mit einem Wegaufnehmer, dessen Stellgliedhub kleiner ist als der aufzunehmende Weg des zweiten Punktes, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

a) es ist ein elastisches Element vorgesehen, welches mit seinem einen Ende am ersten Teil, welches dem ersten Punkt zugeordnet ist, und mit seinem anderen Ende am zweiten Teil, welches dem zweiten Punkt zugeordnet ist, befestigt ist;

b) das Stellglied des Wegaufnehmers ist mit einem zwischen den Befestigungspunkten des elastischen Elementes liegenden Teilstück des elastischen Elementes verbunden oder verbindbar.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wegaufnehmer am ersten Teil befestigt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wegaufnehmer am zweiten Teil befestigt ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wegaufnehmer auf einem weiteren Teilstück des elastischen Elementes befestigt ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element als Zugfeder (29) ausgebildet ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wegaufnehmer (22) als Potentiometer ausgebildet ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 1 für einen druckmittelbetätigbaren Arbeitszylinder mit einem Arbeitskolben, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem einen Ende des elastischen Elementes (29) verbundene erste Teil der Zylinder und das mit dem anderen Ende des elastischen Elementes verbundene Teil der Arbeitskolben oder/und eine mit dem Arbeitskolben verbundene Kolbenstange (36) ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element (29) und der Wegaufnehmer (22) im Zylindergehäuse angeordnet sind.

9. Einrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

a) am Zylinderboden ist in einem Gehäuse (8) eine Halterung (17,20) für das eine Ende des elastischen Elementes (29) angeordnet;

b) das Gehäuse (8) für die Halterung (17,20) weist einen sich parallel zur Zylinderlängsachse in Richtung auf das Kolbenstangenende zu erstreckenden rohrförmigen Fortsatz (28) auf;

c) am freien Endbereich der Kolbenstange (36) ist ein Mitnehmer (35) befestigt;

d) der Mitnehmer (35) weist an seinem freien Ende ein Rohr (31) auf, das sich parallel zur Zylinderlängsachse in Richtung auf das Gehäuse (8) zu erstreckt und teleskopartig im rohrförmigen Fortsatz (28) des Gehäuses (8) geführt wird;

e) das elastische Element (29) ist einerseits an der Halterung (17,20) im Gehäuse (8) und andererseits an dem mit der Kolbenstange (36) verbundenen Mitnehmer (35) befestigt;

f) das elastische Element (29) wird vom rohrförmigen Fortsatz (28) und vom Rohr (31) umschlossen;

g) der Wegaufnehmer (22) ist im Gehäuse (8) angeordnet;

h) das bewegliche Teil (24,26) des Wegaufnehmers (22) steht mit dem elastischen Element (29) in Wirkverbindung.

Zeichnung