DE3339093A1

DE3339093A1 - Annaeherungsfuehler

Info

Publication number: DE3339093A1
Application number: DE19833339093
Authority: DE
Inventors: Kurt Dipl.-Ing. 7300 Esslingen Stoll
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 1983-10-28
Filing date: 1983-10-28
Publication date: 1985-05-09
Also published as: GB2149513A; GB8426021D0; GB2149513B; JPS60111914A; FR2554228B1; JPH0376849B2; FR2554228A1; CH666130A5

Description

19. Oktober 1983 D 9162 - nrs

Festo KG, 7300 Esslingen

Annäherungsfühler

Die Erfindung betrifft einen Annäherungsfüh1 er mit einem Gehäuse und einem an der Außenseite des Gehäuses vorgesehenen Detektionsfeld.

Annäherungsfühler werden verwendet, um die Positionen von relativ zueinander bewegten Teilen berührungslos zu detektieren. Es sind bei spielsweise jelektromagnetisehe Sensoren in Form von induktiven oder kapazitiven Annäherungsfühlern bekannt, die auf im Nahbereich des Detektionsfelds befindliche, metallische Gegenstände ansprechen. Die Annäherungsfühler können ein quaderförmiges Gehäuse haben, und sie sind weiterhin nach einer ISO-Norm in einer kreiszylindrischen Einbauform mit metrischem Außengewinde bekannt. Gängige Gewindegrößen sind M/8, M/12 und M/18. Bei den bekannten Annäherungsfühlern befindet sich das sensorempfindliche Dektionsfeld stets an einer Stirnseite des Gehäuses, und der Meßbereich des Annäherungsfühlers liegt in Verlängerung der Gehäuse-Längsrichtung. Diese Anordnung bedingt eine

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Baustellung des Annäherungsfühlers, in der sich die Gehäuse-Längsrichtung unter einem rechten Winkel zu der Bewegungsbahn des zu detektierenden Teils erstreckt. Dies bringt einen großen Platzbedarf mit sich.

Aufgabe der Erfindung ist es, diesem Nachteil abzuhelfen und einen AnnäherungsfUhler zu schaffen, dessen Einbau einen wesentlich verminderten Platzaufwand mit sich bringt. Überdies soll der erfindungsgemäße Annäherungsfühler in geringerem Maße der Gefahr von Betriebsstörungen unterliegen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Detektionsfeld quer zu der Längsrichtung des Gehäuses orientiert seitlich am Gehäuse angeordnet ist.

Diese Gestaltung ermöglicht es,, den Annäherungsfühler mit seiner Gehäuse-Längsrichtung parallel zu der Bewegungsbahn des zu detektierenden Teils auszurichten. Hierdurch ist in vielfältigen Anwendungen eine Verminderung der Baubreite quer zu dieser Bewegungsbahn möglich.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das Gehäuse des Annäherungsfühlers im wesentlichen kreiszylindrisch und an einem axialen Ende in Form -sines Zylindersegments abgeplattet, und das Detektionsfeld befindet sich an der ebenen Begrenzungsfläche des Zylindersegments. In dieser Anordnung ist das Detektionsfeld besonders gut geschützt, und es besteht kaum die Gefahr, daß der zu detektierende, bahnbewegte Körper einmal das Detektionsfeld

versehentlich berührt. Gegenüber der bekannten, stirnseitigen

Anordnung des Detektionsfel ds wird dadurch die Gefahr von Beschädigungen deutlich verringert.

Weiterhin ist es von Vorteil, das Gehäuse mit einem Außengewinde zu versehen, wobei insbesondere ein metrisches Gewinde gemäß der obengenannten ISO-Norm vorgesehen sein kann. Diese Gewindeanordnung ermöglicht es, den erfindungsgemäßen Annäherungsfühler überall dort zu verwenden, wo die bislang üblichen, genormten Fühler zum Einsatz kamen. Man erreicht also eine sehr große Flexibilität in den Anwendungen .

Ein weiterer Gedanke der Erfindung betrifft die Anschlußlage des Annäherungsfühlers. Es empfiehlt sich, die zur elektrischen Versorgung und Signal1 eitung dienenden Anschlüsse an der Stirnseite des Gehäuses herauszuführen, die dem abgeplatteten, das Detektionsfeld tragenden Ende abgewandt ist. Die Anschlüsse treten somit in Längsrichtung aus dem Gehäuse aus, d. h. sie verlaufen.näherungsweise parallel zu der Bahn des zu detektierenden Kö'rpers. Diese Anschlußlage ist fur viele praktische Anwendungen erwünscht. Sie läßt sich bei bekannten Annäherungsfühlern, deren Gehäuse-Längsrichtung quer zu der Bewegungsbahn des zu detektierenden Kö'rpers orientiert ist, nur mit einem Abknicken des Anschlusses um 90 verwirklichen. Bei einem solchen Abknicken besteht aber stets die Gefahr von Beschädigungen der Leitungen, und die vorliegende Erfindung vermeidet diesen Nachteil vollkommen.

Die Funktion des erfindungsgemäßen Annäherungsfühlers kann auf elektromagnetischen Detektionsprinzipien beruhen. Insbesondere kommt eine Bauform als induktiver oder kapazitiver Annäherungsfühler in Betracht. Derartige Annäherungsfühler zeichnen sich durch einen vergleichsweise einfachen, robusten Aufbau aus. Sie sprechen auf Metalle ganz allgemein an, was vielseitige Anwendungsmöglichkeiten eröffnet. Doch kann als Detektionsfeld beispielsweise auch ein mägnetempfindliches Element zum Einsatz kommen, das auf ferromagnetische Materialien oder externe Magnetfelder reagiert, und nicht zuletzt kann auch auf optische oder akustische Detektionsprinzipien zurückgegriffen werden. Der erfindungsgemäße Annäherungsfühler läßt sich dadurch universell an die physikalischen Eigenschaften einer zu detektierenden, bahnbewegten Masse anpassen und somit äußerst vielseitig verwenden.

Eine bevorzugte Anwendung findet der erfindungsgemäße Annäherungsfühler als Positionsgeber für die Steuerung von druckmittelbetriebenen Arbeitszylindern. Hier kommt der besondere Vorteil zum Tragen, daß der Annäherungsfühler mit seiner Gehäuse-Längsrichtung parallel zu der linearen Hubrichtung des Arbeitszylinders ausgerichtet werden kann, während er quer zu dieser Hubrichtung nur sehr wenig Platz einnimmt. Ein mit dem erfindungsgemäßen Annäherungsfühler ausgerüsteter Arbeitszylinder baut dadurch äußerst kompakt.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen. Eszeigen:

Fig. 1 die perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Annäherungsfühlers:

Fig. 2 die schematische Darstellung eines Anwendungsbeispiels für den erfindungsgemäßen Annäherungsfühler im Vergleich mit dem Stand der Technik.

Bezugnehmend zunächst auf Fig. 1, erkennt man einen Annäherungsfühler 1 mit einem im wesentlichen kreiszylindrischen Gehäuse 2. Die Länge des Gehäuses 2 übertrifft seinen Durchmesser um ein Mehrfaches. Der Zylindermantel des Gehäuses 2 ist über seine gesamte Länge mit einem Außengewinde 3 versehen, wobei vorzugsweise ein metrisches Gewinde in den Normengrößen M/8, M/12 und M/18 zur Anwendung kommt. Das Außengewinde 3 ermöglicht es, den Annäherungsfühler 1 in eine geeignete Gewindebohrung eines Gehäuses, einer Halterung o. ä. einzuschrauben. Zu jedem Annnäherungsfühler 1 gehören zwei Montage- oder Kontermuttern 4, die auf das Außengewinde 3 aufgeschraubt sind. Diese dienen ebenfalls in naheliegender Weise zur Befestigung des Annäherungsfühlers 1. Beispielsweise kann zu diesem Zweck in einer Halteplatte eine Bohrung vorgesehen sein, in die der Annäherungsfühler 1 mit nur einer aufgeschraubten Mutter 4 stiftartig eingesteckt wird. Vom freien Ende des Annäherungsfühlers 1 her wird dann die zweite Mutter aufgeschraubt,

so daß die, Halteplatte zwischen den Muttern zu liegen kommt.

Bei gelösten Muttern 4 läßt sich sowohl die axiale Länge als auch die Winkel position des Annäherungsfühlers 1 justieren, bevor er durch ein Festziehen der Muttern 4 arretiert wird.

Zum Anschluß des Annäherungsfühlers 1 dient ein Kabel 5. Dieses tritt in zentrischer und axialer Anordnung aus der einen Zylinderstirnfläche des Gehäuses 2 aus. Das Kabel

5 enthält Leitungen, die zur Energieversorgung des Annäherungs· fühlers 1 und/oder als Signalleitungen dienen.

Das dem Kabelanschluß abgewandte, axiale Ende des Gehäuses 2 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in Form eines Zylindersegments 6 abgeplattet. Das Zylindersegment

6 hat eine ebene Begrenzungsfläche 7, die parallel zu einer die Zylinderachse enthaltenden Ebene liegt. Der Massivkörper des Zylindersegments 6 nimmt mehr als eine Halbseite des kreiszylindrischen Gehäuses 2 ein. Das Außengewinde 3 setzt sich über die Länge des Zylindersegments 6 fort, so daß die Muttern 4 über den abgeplatteten Gehäusebereich hinweg verschraubt werden können. Die axiale Länge des Zylindersegments 6 ist gering; sie entspricht etwas mehr als der Größe eines Detektionsfel ds 8, das das sensorische Element des Annäherungsfühlers 1 darstellt.

Bei bekannten Annäherungsfühlern 1 ist das Detektionsfeld 8 an der Zylinderstirnfläche 9 des Gehäuses 2 angeordnet,

die dem Kabelanschluß abgewandt ist. Der Empfindlichkeitsbereich eines solchen Detektionsfel ds liegt in Verlängerung der Gehäuse-Längsrichtung, was eine Einbaustellung des Annäherungsfühlers quer zu der Bewegungsbahn des zu detekti erenden Körpers mit sich bringt. Die vorliegende Erfindung geht von dieser Bauform ab. Sie sieht vor, das Detektionsfeld

8 mit seinem Empf i ndl ichkei tsbe.reich quer zu der Längsrichtung des Gehäuses 2 zu orientieren, und das Detektionsfeld 8 seitlich am Gehäuse anzuordnen. In der in Fig. 1 gezeigten, bevorzugten Ausflihrungsform befindet sich dazu das Detektionsfeld 8 an der ebenen Begrenzungsfläche 7 des Zylindersegments 6.

Auf Grunc dieser Anordnung reagiert der erfindungsgemäße Annäherungsflihler unter anderem auf bahnbewegte Massen, die parallel zu der Längsrichtung des Gehäuses 2 laufen. Das Detektionsfeld 8 ist gegen eine direkte Berührung mit solchen Massen ausgezeichnet geschützt, da letztere allenfalls auf die Zylinderstirnfläche 9, bzw. die Stufe 10 auflaufen wurden, die das Zylindersegment 6 in Axialrichtung begrenzt. Es besteht also keine Beschädigungsgefahr für das Detektionsfeld 8. Weiterhin können durch die "Blickrichtung" des Annäherungsfühlers 1 quer zu seiner Gehäuse-Längsrichtung äußerst kompakte, platzsparende Einbaulagen verwirklicht werden.

Fig. 1 zeigt den Gegenstand der Erfindung in einer bevorzugten Bauform als induktiver Annäherungsfühler. Das Gehäuse 2 enthält einen Oszillator, der ein elektromagnetisches

Feld erzeugt· Dieses wird von dem Detektionsfeld 8 mehr oder weniger senkrecht zu seiner Oberfläche abgestrahlt. Gelangt nun ein metallischer Körper in die Nähe des Detektionsfelds 8, so wird das elektromagnetische Feld durch in dem Metall induzierte Wirbelströme gedämpft. Diese Dämpfung wird durch eine erhöhte Leistungsaufnahme des Oszillators erfaßt, und der Annäherungsfühler 1 gibt ein entsprechendes Regelsignal an eine Steuerschaltung ab.

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In ganz entsprechender Weise kann der erfindungsgemäße Detektor aber auch als kapazitiver Annäherungsfühler ausgelegt sein. Weiterhin besteht die Möglichkeit, an der Position des Detektionsfelds 8 eine Emitter-Detektor-Anordnung für optische oder akustische Strahlung anzuordnen und eine bahnbewegte Masse durch Reflexion bzw. Absorption der Strahlung zu detektieren. Als Emitter kommt eine Quelle sichtbaren Lichts oder infraroter Strahlung in Betracht, z. B. ein Laser, und als Strahlungsempfänger kann ein Halbleiter-Detektor dienen. Weiterhin ist es möglich, an der Position des Detektionsfelds einen Ultraschallsender und -empfänger anzuordnen. Allen diesen Bauformen ist gemeinsam, daß eine zum Nachweis der bahnbewegten Masse dienende Strahlung quer zur Längsrichtung des Gehäuses 2 ausgesandt wird, und zwar im wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche eines Detektionsfelds 8, das seinerseits parallel zu einer Längsmittelebene des Gehäuses 2 orientiert ist. Der Empfindlichkeitsbereich des Annäherungsfühlers 1 liegt dadurch seitlich neben dem Gehäuse 2.

Bezugnehmend nunmehr auf Fig. 2, ist ein bevorzugtes Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Annäherungsfühlers 1 schematisch illustriert. Der Annäherungsfühler 1 dient als Positionsgeber für die Steuerung eines druckmittelbetriebenen Arbeitszylinders 11. Man erkennt im einzelnen ein Zylinderrohr 12, das beidendig von zwei Zylinderdeckeln 13 verschlossen wird. Im Innern des Zylinderrohrs 12 läuft ein druckmittel getriebener Kolben 14, der mit einer Kolbenstange 15 verbunden ist. Die Kolbenstange 15 ist durch einen der Zylinderdeckel 13 aus dem Arbeitszylinder 11

herausgeführt. Sie dient zur Übertragung der Antriebskraft auf ein nicht näher dargestelltes, mit der Kolbenstange 15 gekoppeltes Element. Auf die Kolbenstange 15 ist ein Geberring 16 aufgezogen, dessen Position mit dem erfindungsgemäßen Annäherungsfühler 1 detektiert wird. Die Positionserfassung des Geberrings 16 kann dazu dienen, den axialen Hub des Kolbens 14 bzw. der Kolbenstange 15 zu begrenzen und die Druckmittel Versorgung des Arbeitszylinders 11 umzusteuern, wenn die entsprechende Endlage erreicht ist.

Der erfindungsgemäße Annäherungsfühler 1 hat eine Baustellung, bei der seine Gehäuse-Längsrichtung parallel zu der Kolbenstange 15 liegt. Diese Baustellung wird durch die "Blickrichtung" des Detektionsfel ds 8 quer zu der Längsrichtung des Gehäuses 2 ermöglicht. Man erkennt, daß diese Anordnung des Annäherungsfühlers 1 in Radialrichtung bezüglich der Kolbenstange 15 sehr wenig Platz beansprucht. Ein Annäherungsfühler 17 mit stirnsei ti gern Detektionsfeld_}

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wie er nach dem Stand der Technik bekannt ist, muß dagegen quer zu der Längsrichtung der Kolbenstange 15, d. h. der Hubrichtung des Arbeitszylinders 11, eingebaut werden, womit ein ungleich größerer Raumbedarf verbunden ist. Ein mit dem erfindungsgemäßen Annäherungsfühler 1 ausgerüsteter Arbeitszylinder 11 baut somit wesentlich kompakter. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist der Abgang des Kabels 5 parallel zu der Hubrichtung des Arbeitszylinders 11. Ein solcher Kabelabgang ist in vielen Anwendungsfällen erwünscht, und er konnte nach dem Stand der Technik nur durch ein scharfes Abknicken des Kabels 5 um 90° erzielt werden, womit die Gefahr von Beschädigungen verbunden ist. Das Detektionsfeld 8 ist in der erfindungsgemäßen Anordnung gegen eine direkte Berührung mit der zu detektierenden Masse ausgezeichnet geschützt,und gegenüber der exponierten Anordnung an einer der ZyIinderstirf1ächen wird die Gefahr von Beschädigungen und Betriebsstörungen erheblich gemindert. Schließlich sei noch bemerkt, daß der erfindungsgemäße Annäherungsfühler 1 dem bekannten Annäherungsfühler 17 in der Flexibilität seiner Einbaulagen nicht nachsteht. Es ist ohne weiteres möglich, den erfindungsgemäßen Annäherungsfühler 1 ebenfalls in einer Baustellung quer zu der Längsrichtung der Kolbenstange 15 zu verwenden; in Fig. 2 würde der Annäherungsfühler dabei senkrecht aus der Zeichenebene herausstehen.

Liste der Bezugszeichen

1 Annäherungsfühler

2 Gehäuse

3 Außengewinde

4 Mutter

5 Kabel

6 Zylindersegment

7 ßegrenzungsf1äche

8 Detektionsfeld

9 Zylinderstirnfläche

Stufe

Arbeitszylinder Zylinderrohr Zylinderdeckel Kolben Kolbenstange Geberring Annäherungsfühler nach Stand der Technik

Claims

19. Oktober 1983 D 9162 - nrs Festo KG, 7300 Esslingen. Annäherungsflihler Ansprüche

1. ^x Annäherungsfühler mit einem Gehäuse und einem an der Außenseite des Gehäuses vorgesehenen Detektionsfeld, dadurch gekennzeichnet, daß das Detektionsfeld (8) quer

zu der Längsrichtung des Gehäuses (2) orientiert seitlich am Gehäuse (2) angeordnet ist.

2. Annäherungsfühler nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) im wesentlichen kreiszylindrisch und an einem axialen Ende in Form eines Zylindersegments (6) abgeplattet ist, und daß sich das Detektionsfeld (8) an der ebenen Begrenzungsfläche (7) des Zylindersegments (6) befindet.

3= Annäherungsfühler nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das;Gehäuse (2) ein Außengewinde (3) trägt.

4. Annäherungsfühler nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß aus der dem abgeplatteten Ende abgewandten Stirnfläche (9) des Gehäuses (2) wenigstens ein Anschluß (5) herausgeführt ist.

5. Elektromagnetischer, vorzugsweise induktiver Annäherungsfühler (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4.

6. Optischer Annäherungsfühler (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4.

7. Akustischer Annäherungsfühler (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4.

8. Verwendung eines Annäherungsfühlers (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 als Positionsgeber für die Steuerung eines druckmittelbetriebenen Arbeitszylinders (11).