[go: up one dir, main page]

EP1070856B1 - Vorrichtung zur Erfassung der Lage eines Kolbens - Google Patents

Vorrichtung zur Erfassung der Lage eines Kolbens Download PDF

Info

Publication number
EP1070856B1
EP1070856B1 EP00114195A EP00114195A EP1070856B1 EP 1070856 B1 EP1070856 B1 EP 1070856B1 EP 00114195 A EP00114195 A EP 00114195A EP 00114195 A EP00114195 A EP 00114195A EP 1070856 B1 EP1070856 B1 EP 1070856B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
measuring bar
sensor
measuring rod
sensor element
cylinder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP00114195A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1070856A1 (de
Inventor
Herbert Kleine
Stephan Berkemann
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.)
Claas Industrietechnik GmbH
Original Assignee
Claas Industrietechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Claas Industrietechnik GmbH filed Critical Claas Industrietechnik GmbH
Priority to DK00114195T priority Critical patent/DK1070856T3/da
Publication of EP1070856A1 publication Critical patent/EP1070856A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1070856B1 publication Critical patent/EP1070856B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/20—Other details, e.g. assembly with regulating devices
    • F15B15/28—Means for indicating the position, e.g. end of stroke
    • F15B15/2815—Position sensing, i.e. means for continuous measurement of position, e.g. LVDT
    • F15B15/2823—Position sensing, i.e. means for continuous measurement of position, e.g. LVDT by a screw mechanism attached to the piston

Definitions

  • the invention relates to a device for detecting the position of a piston in a cylinder, in particular a pressure medium cylinder, with a bore having a piston rod, in which a measuring rod is arranged, wherein in dependence on the longitudinal movement the piston rod, the measuring rod forced by a rotation angle and the Rotation angle converted by means of a sensor device into an electrical sensor signal becomes.
  • a sensor device for detecting the position of a piston in a cylinder under pressure known to attach a sensor device to an outer circumferential surface of the cylinder tube.
  • This sensor device acts with a within the cylinder on a peripheral surface the piston mounted permanent magnet together.
  • the thus obtained switching signal can in one Downstream electronic evaluation unit for detecting the position of the piston in evaluated the cylinder.
  • a disadvantage of the known device is that of Cylinder due to the attachment of the sensor element on the outside of the cylinder tube Has unwanted projections, the cylinder to an asymmetric Surface contour gives and on the other hand requires a larger radial space.
  • the electrical leads connected to the sensor device must be in the environment be led to a central evaluation unit.
  • a sensor device with magnetic field sensitive Sensors in axial extension to a its location to be detected cylindrical part to arrange.
  • the known part to be detected is However, it is a steering shaft of a steering wheel for motor vehicles, in which the Rotation angle of the same should be detected.
  • this known sensor device is only suitable for detecting the rotation of an elongate member. The capture the axial position of a particular piston is known from this known device not removable.
  • Object of the present invention is therefore to provide a device for detecting the position of a piston in a cylinder in such a way that the position of the piston to simple Way and can be reliably detected, where possible, the known deficiencies resolved should be.
  • the invention in conjunction with the preamble of the claim 1 characterized in that the sensor device at least one fixed Sensor element outside the pressure medium range and a movable, of the Measuring rod driven, sensor element has within the pressure medium range and the movement of the driven sensor element contactless from the fixed Sensor element is detected.
  • the particular advantage of the invention is that a simple measuring system is formed by the formation of the sensor device, which determines the relative position of the piston rod to the cylinder housing. Particularly advantageous is the non-contact determination of the rotational movement of the measuring rod. This eliminates complex rotary feedthroughs, which lead to a reduction of costs and at the same time to new fields of application for the measuring system according to the invention.
  • the stationary sensor element outside the pressure medium range, this can be made particularly simple by no special requirements related to the pressure medium and the pressure in the pressure medium must be made to the execution. Only the environmental conditions, such as moisture and dust protection outside of the lifting cylinder must be taken into account in the design of the sensor element.
  • the sensor device in an edge region of a pressurized space, has the advantage that the required space of the lifting cylinder is not increased. Furthermore, a sensor device can easily be introduced into the lifting cylinder bottom. There is usually, for holding the cylinder, structurally unnecessary housing material into which the sensor device can be easily integrated without changing the function or the size of the lift cylinder. Also, this installation position prevents damage to the sensor device from the outside. Due to this mounting position on the cylinder bottom side, the accessibility to the sensor device is also made easy by not having to dismantle the lifting cylinder for mounting or checking the device. For the non-contact transmission of the rotational movement of the measuring rod to the stationary sensor element, known as operating, for example, according to the magnetic, inductive or capacitive measuring principle sensor devices are available.
  • the movable sensor element can be designed according to the measuring principle used and the movement of the measuring rod can be converted depending on the measuring principle used in a correspondingly recognizable signal. This may be a change in distance between the two sensor elements, a rotation of the elements to each other or even by constructive configurations of the elements with a corresponding movement thereof.
  • a removable sensor housing located in the cylinder bottom a removable sensor housing, which is circumferentially equipped with a seal and on the one hand the fixed sensor element separates from the pressure medium and on the other hand has a recess on the side in communication with the pressure medium side, which for receiving a connected to the front end of the measuring rod connecting element, wherein the connecting element is rotatably mounted about the longitudinal axis of the measuring rod in the recess.
  • the sensor housing is a simple rotary part with a circumferential groove for receiving a seal and provided at both end faces, each with a recess.
  • the sensor element In the recess, on the pressure medium remote side of the sensor housing, can easily attach the fixed sensor element.
  • the sensor element itself can in turn be directly connected to an evaluation electronics and be secured in the recess of the sensor housing directly by means of a potting compound, clamping, pressing or screwing.
  • the sensor housing itself is fixed in a central bore to the measuring rod assembly in the cylinder bottom bore and closes the cylinder bottom against the pressure medium range.
  • On the pressure medium side of the sensor housing a further stepped recess is attached. This serves to fix or support a connecting element, which has a congruent to the recess shape, and is in communication with the measuring rod.
  • the connecting element according to the invention can be further configured by the connecting element is designed for fixing and storage with a ring element, which on the one hand on a shoulder of the cylinder bottom and on the other hand in the recess supported.
  • the connection element is achieved a simple storage and disassembly of the sensor device.
  • Front side becomes the cylinder bottom with a through hole that extends into the pressure medium range, Mistake.
  • Central to this is provided with a larger diameter hole in introduced the cylinder bottom, but not reaching into the pressure medium range.
  • the ring element thereby limits the movement of the connecting element in the direction of the pressure medium range.
  • a movement in the opposite Direction is effected by the adjoining sensor housing.
  • the connecting element has a central bore for receiving the front end of the measuring rod and the measuring rod is connected by means of a transversely to the longitudinal axis of the same extending bolt releasably and hingedly in the bore with the connecting element.
  • This embodiment has the advantage that the measuring rod is decoupled in the axial direction of the connecting element at least in a certain area.
  • the connection element can advantageously be made of a metallic material and the measuring rod made of a non-metal and connect.
  • the standardized sensor elements are adapted to a use case of the pressure medium cylinder adapted Meßstangemother or twisting embodiment.
  • the sensor housing is in a particular embodiment of the invention, on one of Measuring rod remote from the back by means of a holding element releasably connected to the cylinder bottom attached.
  • a holding element releasably connected to the cylinder bottom attached.
  • the sensor element securely fixed in the cylinder bottom but also be removed from there easily.
  • the introduction into the cylinder bottom also allows a reduction in the manufacturing cost of the Hubzylindem used, optionally at the same location, for example, a pressure measuring system or a closure element can be used and fixed by means of the retaining element.
  • the retaining element is advantageously a Seeger ring, which engages in a groove located in the bore of the cylinder base.
  • the movable sensor element as a permanent magnet and the stationary sensor element as magnetic field sensitive Sensor element formed.
  • the movable sensor element is fixed in the with the Measuring rod connected connection element bordered. In cooperation with the established Sensor element of the sensor device, this can be a non-contact measurement achieve the way of the piston rod.
  • a movement of the piston rod is in a rotation of the measuring rod and a corresponding rotational movement of the connecting element transferred. Depending on the arrangement of the permanent magnet in the connection element, this leads Rotational movement at least to a changed orientation of the magnetic field to the fixed Sensor element or at a different distance of the sensor elements to each other.
  • the sensor housing and / or the connecting element made of a non-magnetizable material, such as brass, whereby an improved effect of the measuring principle is achieved.
  • various sensors such as magnetoresistive sensors, Hall sensors and so-called field plates known. Particularly cost-effective prove for the mass use the Hall sensors. These can be easily on a small space requirement integrate an electronic circuit and then with additional evaluation circuits and equip interfaces.
  • the sensor device is at least one permanent magnet aligned in the end portion such that the magnetic axis of the permanent magnet is perpendicular to the longitudinal axis of the measuring rod, and that at least one sensor element in Radial distance is arranged to the permanent magnet within the sensor housing.
  • the connecting element becomes a permanent magnet with the magnetic axis arranged perpendicular to the axis of rotation of the connecting element.
  • At least one magnetic field sensitive Sensor is on the circumference of the connecting element facing side the recess arranged in the sensor housing and is, at least in the position with the smallest distance to one of the pole faces, approximately perpendicular to the magnetic field flows through.
  • two or more magnetic field-sensitive sensors arranged distributed around the circumference of the recess, resulting in a more accurate evaluation the position of the connecting element in the recess is made possible.
  • the decrease of Strength of the magnetic field by a sensor element is simultaneously by an increase in the Strength of the magnetic field detected in the other sensor element.
  • An evaluation electronics evaluates the measured values of the magnetic field-sensitive sensors according to direction and strength of the magnetic field and determines the angle of rotation of the connecting element in the recess.
  • the evaluation electronics may be provided with a microprocessor and memory means and also have an interface that communicates with, for example, a CAN bus system.
  • At least one permanent magnet is so on the Oriented end portion is that the magnetic axis of the permanent magnet radially offset in Direction to the longitudinal axis of the measuring rod, and that at least one sensor element approximately arranged centrally to the longitudinal axis of the measuring rod within the sensor housing are.
  • the permanent magnet can be designed as a bar magnet and directly in a frontal bore on the connection element be arranged. Due to the decentralized arrangement, the direction of the Magnetic field through the centrally arranged, fixed sensor element in a rotation of the connection element in the recess on the sensor housing.
  • the magnetic field can also be generated by a plurality of permanent magnets.
  • the magnetic field sensitive Sensor element is centrally located in the sensor housing and so executed that it can detect the magnetic field direction. This is special cost-effective, as the magnetic field-sensitive sensor easily executed and directly in one Electronic module integrated and so easily connected to other evaluation circuits can be.
  • the design of the measuring rod determines the rotational movement of the connecting element in the recess of the sensor housing. Alone by this design of the measuring rod, the measuring range or the Meßaufains can be specified.
  • the object causing the rotation such as a piston in a cylinder, merely needs to have a bore with an opening cross-section which corresponds to the contour of the measuring rod in cross-section.
  • Particularly advantageous is the execution of the measuring rod with a pitch-large twist of at least 70 °. As a result, long strokes of a piston with a simple and provided with a few twisting measuring rod can be seen. In addition, the friction between the elements is kept low due to the large pitch.
  • the twisting of the measuring rod extends evenly over the entire length of the measuring rod.
  • the twist extends helically essentially along a circumferential angle of 360 °. This makes it easy on Make a clear dependence of the angle of rotation of the measuring rod of the longitudinal movement achieve the piston rod, since the connecting element over the entire stroke the piston experiences only a maximum of one full turn. On a special evaluation and determination of the executed number of revolutions of the measuring rod can according to the invention be waived.
  • the measuring rod can only partially identify a twist.
  • the distance measuring system according to the invention can be limited to the Kolbenhub Colour in which a special evaluation or only there a distance measurement is necessary.
  • the measuring rod is provided for example only in the middle with a twist and designed in the other Meßstangen Suite so that no change in pitch occurs and thus in these Hub Schlen the piston, no rotation of the measuring rod is caused.
  • This embodiment is particularly suitable for executable by the lifting cylinder movements that have a different position from the end stops of the piston, in which the position of the piston must be particularly controlled or regulated or detected. Especially for from a transport in a working position pivoting implements, this embodiment is suitable.
  • the measuring rod has a twist only in the stroke position corresponding to the working position in order, for example, to enable detection there and optionally also a control of the working position.
  • this is provided at least two points with a twist.
  • the measuring rod has areas with different Gradients of twisting.
  • the Meßstange twisting can be to the respective Requirement adapted, be designed differently.
  • the twisting of the measuring rod results in special fields of application and forms, in which otherwise resorted to outside of the cylinder position detection means had to become.
  • These can be relocated according to the invention in the lifting cylinder and thus require no additional space and are also available then Damage protected arranged.
  • Have different slopes of twist the advantage that the measuring rod to the specific requirements along the piston stroke can be adapted.
  • the measuring rod In a further embodiment of the invention, have only the opposite ends the measuring rod on a twist.
  • the measuring rod is designed so that the measuring rod only at the ends have a twist of the rod and in the intervening No distortion of the measuring rod is located.
  • the length of the measuring rod does not extend over the entire stroke of the piston rod. This simplifies the sensor device considerably, since then the bore in the piston rod does not have to be performed over the entire piston stroke. Such embodiments are particularly appropriate when only in the lower, retracted piston position, the position of the piston must be detected. When the measuring rod length exceeds piston stroke, this is then no longer guided by the guide member in the piston head and then stands freely in the cylinder.
  • the Meßstangenende is then provided with a taper in order to ensure the recovery and safe insertion of the measuring rod in the piston bore, the renewed immersion of the piston in the measuring range. It is particularly advantageous if the measuring rod corresponds at least to the full stroke length of the piston rod. A secure guidance of the measuring rod is guaranteed at any time.
  • the guide element at a free end on a radially inwardly oriented resilient nose, which abuts at least partially on the peripheral surface of the measuring rod.
  • This embodiment of the guide element enables a particularly precise guidance of the measuring rod in the bore of the piston rod.
  • the nose is slightly springy on the measuring rod and thus ensures a play-free guidance of the measuring rod. Also wear on the measuring rod or on the guide element are compensated by the guide element itself in a certain range.
  • the nose of the guide element is hook-shaped and equipped with a in the direction of the measuring rod to the peripheral surface thereof the same sealing lip.
  • This hook-shaped embodiment provides a special leadership property of the measuring rod in the bore of the piston rod by also compensating by the snug sealing lip and small distortion of the peripheral surfaces of the measuring rod. Also, it is achieved by the light acting in the axial direction of the measuring rod surface guidance of the hook-shaped nose, a good leadership property at the passages between different slopes of the torsion of the measuring rod.
  • the measuring rod according to the invention can also be further developed by the measuring rod has at least one hook-shaped support member, which the measuring rod partially against the central bore on the peripheral surface of the same fitting supports.
  • This embodiment is suitable according to the invention especially for longer Measuring rod to this in the retracted areas and positions of the piston rod before to protect radial movements.
  • opposite to the connecting element Side of the measuring rod annularly attached a hook-shaped support element.
  • the Measuring rod is carried out a little longer than necessary for the maximum piston stroke, Thus, the guide element and the support member in the extended position of Piston rod does not interfere with each other.
  • the measuring rod is generally of the connecting element held in axiler direction and by the guide element respectively guided in the radial direction of the support element, wherein the support element is designed so that that it has no guide properties based on the measuring rod.
  • This is the support element on the one hand to the outer contour of the measuring rod and the other to the contour designed adapted to the bore in the piston rod.
  • An agricultural tractor 1 shown schematically in FIG. 1 has a front bucket 2 for lifting, transporting and loading goods which can be actuated by means of paired first lifting cylinders 3 and second lifting cylinders 4.
  • the first lifting cylinder 3 serve to raise and lower the Frondladerwing 5 and in conjunction with the blade 2.
  • the second lifting cylinder 4 are used for pivoting the front blade 2 relative to the front loader swing 5.
  • the lifting cylinder 3, 4 are designed as a hydraulic cylinder and substantially similar. For example, the operation of the second lifting cylinder 4 in connection with Figures 2 and 3 will be described in more detail below.
  • the second lifting cylinder 4 are used to adjust the hinged on a front loader swing 5 front bucket 2. At this front loader swing 5 joins to the body of the tractor 1 toward a console 6 for receiving the front loader rocker 5.
  • FIG 1 are each in the upper and lower positions of the front loader rocker fifth different positions of the front blade 2 relative to the front loader rocker 5 shown.
  • the position of the front loader rocker 5 itself to the console 6 and the position of the front bucket 2 relative to the Frondladerschwinge 5, can be in a simpler, inventive Way by a determination of the relative piston positions to the respective cylinder tube. 7 determine.
  • the front blade 2 In a retraction position of the lifting cylinder 4 according to FIG. 2, the front blade 2 is located in a transport position while in a deployed position of the lift cylinder 4 is located in a Auskippositon according to FIG. Own the controls of front loaders usually also an automatic parallel guidance of the front bucket 2 to the footprint of the Agricultural tractors 1. This is done by a controller, depending on the position of the lifting cylinder 3, electrohydraulic automatic one piston position on the two two stroke cylinders 4 set so that the bottom of the front bucket 2 over the entire pivoting the front loader swing 5, from the lower to the upper position, parallel to the base the Acherschleppers 1 is held.
  • the position of the piston in at least one of Lifting cylinder 3 is determined by means of the measuring system according to the invention and to a controller to hand over. This then accesses a stored table on the basis of the measured value and this takes a necessary Hubzylinderwin for the lifting cylinder 4, which a Parallel position of the bottom of the front bucket 2 according to the position of the front loader swing 5 and the stand areas of the tractor 1 corresponds.
  • a subsequent one Control or a control command then causes, based on the determined length signal for the lifting cylinder 4, a corresponding adjustment of the Hubzylinderand the Lifting cylinder 4.
  • the length of at least one lifting cylinder 4 is in turn with an inventive Detected measuring system and reported back to the controller.
  • the lifting cylinder 3 or 4 itself has a cylinder tube 7, in which a piston 8 is longitudinally displaceable is stored.
  • the piston 8 is fixedly connected to a piston rod 9.
  • the piston rod 9 has at a first end face on a hinge eye 10, for example hingedly connected to a blade joint part 11 on the front loader rocker 5.
  • the piston rod 9 has a central bore 12 and on a hinge eye 10 facing away from End of a guide member 45, so that a measuring rod 13 as a measuring element is longitudinally movably guided relative to the piston rod 9.
  • the piston rod 9 is hollow drilled formed and lies with the guide member 45 at least partially peripherally the measuring rod 13 at.
  • the measuring rod 13 has in the illustrated example over the entire length of a slope-sized Torsion 14, which extends along a circumferential angle of 360 ° over the entire length of the measuring rod extends.
  • the measuring rod 13 in cross section rectangular shaped, wherein the edges of the rectangle of each one of the Piston rod 9 facing away from end face 15 to one of the piston rod 9 facing end side 16 continuous and helical (helical) a circumferential angle of Sweep 360 °.
  • FIG. 4 19 Towards the end face 15 of the measuring rod 13, a permanent magnet is shown schematically in FIG. 4 19 in a fixedly connected to the measuring rod 13 connecting element 20 bordered.
  • This connecting element 20 is rotatably in a radial recess 21 of a rotationally fixed stored in the cylinder bottom 18 mounted sensor housing 22.
  • the sensor housing 22 has at least one bore for receiving a sensor element 24, which is at a radial distance from the permanent magnet 19 within the sensor housing 22 is arranged. This supplies depending on the magnetic field of the permanent magnet 19, a sensor signal, which is evaluated in an evaluation and as Wegmeßsignal can be transmitted to a central control unit.
  • the evaluation electronics preferably directly associated with the sensor element 24 and with this together in one Assembly arranged within the sensor housing 22.
  • the sensor housing 22 itself can made of a non-magnetizable material in which the sensor elements 24 is enclosed, exist.
  • the sensor element 24 is operating as a Hall-effect Hall sensor element formed.
  • the cylinder bottom 18 has for articulated mounting of the lifting cylinder 3.4 a joint eye 25 on.
  • this has a first hydraulic connection 27 in the cylinder bottom 18 and a second hydraulic connection 28 in a fixed with the cylinder tube 7 connected cylinder head 29. Through these connections 27, 28 is a hydraulic fluid in the cylinder interior or removed.
  • the piston rod 9 When pressurized of the cylinder 4, the piston rod 9 is moved in the longitudinal direction, wherein the Measuring rod 13 according to the orientation of the twist 14 in a predetermined Direction of rotation 32 is rotated.
  • the sensor device can in the sensor housing also a plurality of uniformly arranged in the circumferential direction sensor elements in an outer ring be arranged of the sensor housing 22.
  • the measuring rod 13 by means of a transverse pin 17 with connected to the connection element 20.
  • the bolt 17 is in a transverse bore of the measuring rod 13 stored.
  • the connecting element 20 is plate-shaped and has a ring element 34, which is supported on a shoulder 35 of the cylinder bottom 18.
  • the connection element 20 has on a measuring rod 13 side facing a recess 36, in the front end 15 of the measuring rod 13 can engage.
  • On one of the measuring rod 13 opposite side joins to the ring member 34, an end portion 37 which together is positioned with the ring member 34 in the cylinder bottom 18.
  • at least one movable sensor element is designed as a permanent magnet 19 arranged.
  • a holding element 38 is provided, by means of which the sensor housing 22 is pressed against the shoulder 35 and the ring member 34 of the connecting element 20 is guided correspondingly low backlash.
  • the holding element 38 is preferably designed as a retaining ring and serves for releasable attachment the sensor housing 22 or the connecting element 20 and the measuring rod 13 inside the cylinder tube 7.
  • the sensor housing 22 is in a groove of a seal 39 which seals the pressure area of the lifting cylinder relative to the environment and between the wall 40 of the cylinder bottom 18 and the sensor housing 22 is pressed is.
  • the sensor housing 22 and the connecting element 20 are preferably made of a metallic Material, in particular brass, within which the sensor element 24 or the permanent magnet 19 are enclosed.
  • the damping pin 41 extends in accordance with 2 end position shown in a constriction portion 42 of the cylinder tube. 7 and allows a hydraulic cushioning of the piston 8 in the retracted position thereof.
  • the guide member 45 frictionally or non-positively used and has a resilient nose 43 which radially inwardly against the measuring rod 13 presses.
  • the nose 43 may be made of a rigid plastic material.
  • the Contour of the guide element 45 corresponds at least in regions to the contour of the It can be polygonal, preferably square, be formed.
  • the guide element 45 is also aligned coaxially with the piston rod 9.
  • Figure 5 shows a measuring rod 13 which is provided over the entire Meßstangenin with a twist. It is shown here in a developed form and can at the ends, depending on the design and application of the measuring rod 13, in addition to guide or holding elements, such as a hole, be equipped. Characterized in that the measuring rod 13 is arranged stationary and a corresponding figure 5 formed distortion 14, the measuring rod 13 is rotated at an axial displacement of the piston 8 and the piston rod 9 about the longitudinal axis of the piston rod 9 by a rotational angle ⁇ , so that a corresponding angle-dependent signal is detected by the sensor device.
  • the twist 14 of the measuring rod 13 has a direction to the longitudinal direction of the measuring rod thirteenth forming pitch angle ⁇ of at least 70 °, preferably 76 °.
  • pitch angle ⁇ should not fall below a drag angle ⁇ of 76 °. hereby is a smooth movement in the relative movement between the measuring rod 13 and the Piston rod 9 ensures, the translational movement of the piston rod 9 friction is converted into a rotational movement of the measuring rod 13, without the To hinder movement of the piston 8.
  • a measuring rod 45 is provided, each having a twist 46 in the region of the front ends.
  • the twists 46 each sweep over a circumferential angle of 180 °, so that over the entire length of the measuring rod 45 there is a twist of 360 ° and thus an unambiguous assignment is given.
  • This measuring rod 45 serves to position the piston rod in an end region thereof.
  • the measuring rod 45 can be used for cushioning.
  • the twisting can also be arranged in any area of the measuring rod 13. The arrangement may be dependent on the use of the piston rod 9 and the piston 8, respectively. The measuring range is therefore determined solely by the shape of the measuring rod.
  • the measuring rod 13 and the piston rod 9 carried out a calibration of the transmitter.
  • These hysteresis errors would be negative especially in direction reversal of the piston rod 9 on the Affect measurement result. Therefore, a reference measurement is performed, in which the piston rod 9 over the entire length in one direction and then in the other direction becomes.
  • a rotation angle characteristic is recorded depending on the path and in the Evaluation electronics stored. After recording this characteristic, the hysteresis error can and the measured sensor value as a function of the direction of movement the piston rod 9 corrected according to the determined hysteresis error become.
  • This calibration process becomes unique after assembly of the sensor device or the measuring rod 13 made in the lifting cylinder 3.4.
  • the measuring rod 13 and the piston rod 9 can each be made of a metallic Material or be formed from a plastic.
  • the guide element 45 can also be made in one piece be connected to a damping pin 41 and has an inwardly deflected Sealing lip 44, which conforms as shown on the guide surfaces of the measuring rod 13.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Actuator (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Eye Examination Apparatus (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung der Lage eines Kolbens in einem Zylinder, insbesondere einem Druckmittelzylinder, mit einer eine Bohrung aufweisenden Kolbenstange, in der eine Meßstange angeordnet ist, wobei in Abhängigkeit von der Längsbewegung der Kolbenstange die Meßstange um einen Drehwinkel zwangsgeführt und der Drehwinkel mittels einer Sensoreinrichtung in ein elektrisches Sensorsignal umgewandelt wird.
Es ist bekannt, zur berührungslosen Messung von Wegen und Winkeln induktive Aufnehmer einzusetzen. So kann beispielsweise die axiale Verschiebung einer Welle induktiv gemessen werden. Der induktive Aufnehmer kann zum einen in einem Zylinderraum eingebaut sein, innerhalb dessen die Welle verschiebbar geführt ist. Nachteilig an dieser Meßmethode ist jedoch, daß Anschlüsse des Aufnehmers über besondere Durchführungen aus dem Zylinderraum nach außen geführt werden müssen. Insbesondere bei unter Druck stehenden Räumen ist der Einsatz dieser bekannten Vorrichtung relativ aufwendig.
Weiterhin ist es zur Erfassung der Lage eines Kolbens in einem unter Druck stehenden Zylinder bekannt, eine Sensoreinrichtung an einer äußeren Mantelfläche des Zylinderrohrs anzubringen. Diese Sensoreinrichtung wirkt mit einem innerhalb des Zylinders an einer Umfangsfläche des Kolbens angebrachten Dauermagneten zusammen. Dadurch, daß das Zylinderrohr bzw. die Zylinderwand aus einem magnetischen Werkstoff besteht, wird ein Schaltsignal an einem an der Außenseite des Zylinderrohres angebrachten feststehenden magnetfeldempfindlichen Sensorelement erzeugt, sobald der Kolben mit dem Dauermagneten in den Bereich des Sensorelements bewegt wird. Das so gewonnene Schaltsignal kann in einer nachgeschalteten elektronischen Auswerteeinheit zum Erkennen der Lage des Kolbens in dem Zylinder ausgewertet werden. Nachteilig an der bekannten Vorrichtung ist, daß der Zylinder infolge der Anbringung des Sensorelementes an der Außenseite des Zylinderrohres unerwünschte Ausladungen aufweist, die dem Zylinder zum einen eine asymmetrische Oberflächenkontur verleiht und zum anderen einen größeren radialen Bauraum erfordert. Die an der Sensoreinrichtung angeschlossenen elektrischen Leitungen müssen in der Umgebung zu einer zentralen Auswerteeinheit geführt werden. Zur Vermeidung dieser Nachteile ist es aus der DE 197 03 903 A1 bereits bekannt, eine Sensoreinrichtung mit magnetfeldempfindlichen Sensoren in axialer Verlängerung zu einem die Lage desselben zu detektierenden zylinderförmigen Teils anzuordnen. Bei dem bekannten zu detektierenden Teil handelt es sich jedoch um eine Lenkspindel eines Lenkrades für Kraftfahrzeuge, bei der der Drehwinkel derselben erfaßt werden soll. Diese bekannte Sensoreinrichtung ist jedoch lediglich dazu geeignet die Verdrehung eines langgestreckten Teiles zu erfassen. Die Erfassung der axialen Lage insbesondere eines Kolbens ist aus dieser bekannten Vorrichtung nicht entnehmbar.
Aus der DE 195 45 923 A1 ist eine Vorrichtung zur Erfassung der Lage eines Kolbens in einem Zylinder mit einer Kolbenstange bekannt, die mit einer Bohrung versehen ist, in der eine Meßstange angeordnet ist. Weiterhin ist ein feststehendes Sensorelement vorgesehen, das die Meßstange innerhalb der Bohrung der Kolbenstange umfaßt. Durch relative Verschiebung der Meßstange zu dem feststehenden Sensorelement wird auf induktivem Wege ein Sensorsignal in Abhängigkeit von der Verschiebung der Kolbenstange erzeugt. Die bekannte Vorrichtung ist relativ aufwendig und erfordert einen relativ großen Bauraum, da zum einen die Meßstange innerhalb der Bohrung mit der Kolbenstange fest verbunden sein muß und zum anderen Mittel vorgesehen sein müssen, die eine reibungsarme Verschiebbarkeit des feststehenden Sensorelementes relativ zu der Meßstange und der Kolbenstange gewährleisten. Ferner muß eine ausreichende Abdichtung des feststehenden Sensorelementes zu dem Innenraum des Zylinders vorgesehen sein.
Aus der US 4,386,552 ist es ferner bekannt, eine verwundene Meßstange zwangsgeführt in einer holen Kolbenstange anzuordnen. Bei einer gradlinige Bewegung der Kolbenstange wird diese in eine Drehbewegung der Meßstange überführt. Ein Sensorelement innerhalb des Druckmediums erfaßt diese Drehbewegung und überführt sie in ein entsprechendes Sensorsignal, welches die relative Lage der Kolbenstange zu dem Zylinderrohr angibt. Nachteilig an dieser Anordnung ist, die Einbaulage des Sensorelementes innerhalb des Druckraumes. Die elektrischen Signale müssen durch aufwendig abgedichtete elektrische Durchführungen aus dem Druckbereich heraus geführt werden. Auch die Kontrolle der Sensoreinrichtung, das Nachrüsten eines Hubzylinders mit der Sensoreinrichtung beziehungsweise eine Reparatur der Sensoreinrichtung läßt sich nur schwer durchführen, da der Hubzylinder dafür zerlegt werden muß.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Erfassung der Lage eines Kolbens in einem Zylinder derart weiterzubilden, daß die Lage des Kolbens auf einfache Weise und zuverlässig erfaßt werden kann, wobei möglichst die bekannten Mängel behoben werden sollten.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung zumindest ein feststehendes Sensorelement außerhalb des Druckmittelbereichs und ein bewegliches, von der Meßstange angetriebenes, Sensorelement innerhalb des Druckmittelbereichs aufweist und die Bewegung des angetriebenen Sensorelementes berührungslos von dem feststehenden Sensorelement erfaßt wird.
Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch die Ausbildung der Sensoreinrichtung ein einfaches Meßsystem entsteht, welches die relative Lage der Kolbenstange zu dem Zylindergehäuse ermittelt. Besonders vorteilhaft ist die berührungslose Ermittlung der Drehbewegung der Meßstange. Hierdurch entfallen aufwendige Drehdurchführungen, welches zu einer Reduzieren der Kosten und gleichzeitig zu neuen Anwendungsgebieten für das erfindungsgemäße Meßsystem führen. Durch die Anbringung des feststehenden Sensorelementes außerhalb des Druckmittelbereichs, kann dieses besonders einfach ausgestaltet werden, indem an die Ausführung keine besonderen Anforderungen bezogen auf das Druckmittel und den Druck im Druckmittel gestellt werden müssen. Lediglich die Umweltbedingungen, wie Feuchte- und Staubschutz außerhalb des Hubzylinders müssen bei der Auslegung des Sensorelementes beachtet werden.
Die Sensoreinrichtung in einem Randbereich eines unter Druck stehenden Raumes anzuordnen, hat den Vorteil, daß der benötigte Bauraum des Hubzylinders nicht vergrößert wird. Desweiteren läßt sich in dem Hubzylinderboden leicht eine Sensoreinrichtung einbringen.
Dort befindet sich in der Regel, zur Halterung des Zylinders, konstruktiv nicht notwendiges Gehäusematerial, in welches die Sensoreinrichtung leicht integriert werden kann, ohne die Funktion beziehungsweise die Baugröße des Hubzylinders zu verändern. Auch wird durch diese Einbaulage eine Beschädigung der Sensoreinrichtung von außen her verhindert. Durch diese zylinderbodenseitige Einbaulage wird auch die Zugänglichkeit zur Sensoreinrichtung leicht ermöglicht, indem der Hubzylinder zur Montage oder Kontrolle der Einrichtung nicht demontiert werden muß.
Für die berührungslose Übertrageung der Drehbewegung der Meßstange an das feststehende Sensorelement, stehen bekannte wie beispielsweise nach dem magnetischen, induktiven oder kapazitiven Meßprinzip arbeitende Sensoreinrichtungen zur Verfügung. So kann das bewegliche Sensorelement entsprechend dem verwendeten Meßprinzip ausgeführt und die Bewegung der Meßstange je nach verwendeten Meßprinzip in ein entsprechend erkennbares Signal umgewandelt werden. Dies kann eine Abstandsänderung zwischen den beiden Sensorelementen, eine Verdrehung der Elemente zueinander oder auch durch konstruktive Ausgestaltungen der Elemente mit einer entsprechenden Bewegung derselben sein.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, befindet sich in dem Zylinderboden ein entnehmbares Sensorgehäuse, welches umfangseitig mit einer Dichtung ausgestattet ist und einerseits das feststehende Sensorelement von dem Druckmittel trennend aufnimmt und andererseits auf der mit dem Druckmedium in Verbindung stehenden Seite eine Ausnehmung aufweist, welche zur Aufnahme eines mit dem stirnseitigen Ende der Meßstange verbunden Anschlußelementes dient, wobei das Anschlußelement drehbar um die Längsachse der Meßstange in der Ausnehmung gelagert ist.
Diese Ausführungsform stellt eine besonders einfache Ausführungsform dar, die leicht und kostengünstig herstellbar ist. Das Sensorgehäuse ist ein einfaches Drehteil mit einer umfangseitigen Nut zur Aufnahme einer Dichtung und an beiden Stirnflächen mit je einer Ausnehmung versehen. In der Ausnehmung, auf der dem Druckmittel abgewanden Seite des Sensorgehäuses, läßt sich leicht das feststehende Sensorelement anbringen. Hierzu kann das Sensorelement selbst wiederum direkt mit einer Auswerteelektronik in Verbindung stehen und in der Ausnehmung des Sensorgehäuses direkt mittels einer Vergußmasse, Klemmung, Pressung oder Verschraubung befestigt werden. Das Sensorgehäuse selbst wird in einer zentral zur Meßstangenanordnung im Zylinderboden eingebrachten Bohrung fixiert und verschließt den Zylinderboden gegenüber dem Druckmittelbereich. Auf der Druckmittelseite des Sensorgehäuses ist einer weitere gestufte Ausnehmung angebracht. Diese dient zur Fixierung beziehungsweise Lagerung eines Anschlußelementes, welches eine zu der Ausnehmung kongruente Form aufweist, und mit der Meßstange in Verbindung steht. Durch die Lage des Sensorgehäuses in dem Hubzylinderboden, wird auch die Meßstange in der Ausnehmung in bezug auf die Kolbenstange fixiert. Die kongruente Form des Anschlußelemendes zu der Ausnehmung in dem Sensorgehäuse, bewirkt eine fast spielfreie Lagerung des Anschlußelementes in der Ausnehmung. Dies ist besonders vorteilhaft, da die durch Spiel ermöglichten Bewegungen des Anschlußelementes in dieser Lagerung zu einer Veränderung der Meßgenauigkeit führen. Diese Lagerung ermöglicht ferner eine freie Drehbewegung des Anschlußelementes in Verbindung der Meßstange in dem Sensorgehäuse.
Das Anschlußelement läßt sich erfindungsgemäß weitere ausgestalten, indem das Anschlußelement zur Fixierung und Lagerung mit einem Ringelement ausgebildet ist, welches sich einerseits auf einem Absatz des Zylinderbodens und andererseits in der Ausnehmung abstützt. Durch diese erfindungsgemäße Ausführungsform des Anschlußelementes, wird eine einfache Lagerung und Zerlegbarkeit der Sensoreinrichtung erreicht. Stirnseitig wird der Zylinderboden mit einer Durchgangsbohrung, die bis in den Druckmittelbereich reicht, versehen. Zentral dazu wird eine mit einem größeren Durchmesser versehene Bohrung in den Zylinderboden eingebracht, die aber nicht bis in den Druckmittelbereich reicht. Dadurch entsteht eine Absatz in der Bohrung, welcher als Anschlag für das Sensorgehäuse und das Ringelement dient. Das Ringelement begrenzt hierdurch die Bewegung des Anschlußelementes in Richtung des Druckmittelbereichs. Eine Bewegung in der entgegengesetzten Richtung wird von dem sich anschließenden Sensorgehäuse bewirkt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung aufweist das Anschlußelement eine zentrale Bohrung zur Aufnahme des stirnseitigen Endes der Meßstange auf und die Meßstange ist mittels eines quer zur Längsachse derselben verlaufenden Bolzens lösbar und gelenkig in der Bohrung mit dem Anschlußelement verbunden.
Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß die Meßstange in axialer Richtung von dem Anschlußelement zumindest in einem bestimmten Bereich entkoppelt ist. Hierdurch werden unterschiedliche Ausrichtungen der Achsen von Kolbenstange und Meßstange ausgeglichen und verringert somit den Verschleiß an der Lagerung der Meßstange und an dem Führungselement. Desweiteren können durch diese Verbindungsstelle unterschiedliche Materialien miteinander gekoppelt werden. So läßt sich das Anschlußelement vorteilhaft aus einem metallischem Material und die Meßstange aus einem Nichtmetall herstellen und verbinden. Auch könne somit unterschiedlich verschlissene Bauteile unabhängig voneinander erneuert und ausgetauscht werden, sowie die standartisierten Sensorelemente mit einer dem Verwendungsfall des Druckmittelzylinder angepasster Meßstangelänge beziehungsweise Verwindungsausführungsform angepaßt werden.
Das Sensorgehäuse wird in einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung, auf einer der Meßstange abgewandten Rückseite mittels eines Halteelementes lösbar mit dem Zylinderboden befestigt. Hierdurch kann das Sensorelement sicher in dem Zylinderboden fixiert aber auch auf einfachem Wege von dort entnommen werden. Die Einbringung in den Zylinderboden ermöglicht ferner auch eine Reduzierung der Herstellkosten der verwendeten Hubzylindem, indem an der gleichen Stelle wahlweise auch beispielsweise ein Druckmeßsystem oder ein Verschlußelement eingesetzt und mittels des Halteelementes fixiert werden kann. Auch die Möglichkeit einer Nachrüstung des vorbereiteten Hubzylinders mit einem Druckoder Wegmeßsystems ist hierdurch jederzeit gegeben. Das Halteelement ist vorteilhaft eine Seegering, der in eine in der Bohrung des Zylinderbodens befindlichen Nut eingreift.
Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, ist das bewegliche Sensorelement als ein Dauermagnet und das feststehende Sensorelement als magnetfeldempfindliuches Sensorelement ausgebildet. Das bewegliche Sensorelement ist fest in das mit der Meßstange verbundene Anschlußelement eingefaßt. Im Zusammenwirken mit dem feststehenden Sensorelement der Sensoreinrichtung, läßt sich hierdurch eine berührungslose Messung des Weges der Kolbenstange erzielen. Eine Bewegung der Kolbenstange wird dabei in eine Drehung der Meßstange und eine entsprechende Drehbewegung des Anschlußelementes überführt. Je nach Anordnung des Dauermagneten in dem Anschlußelement, führt diese Drehbewegung zumindest zu einer veränderten Ausrichtung des Magnetfeldes zu dem feststehenden Sensorelement beziehungsweise auch zu einem verändertem Abstand der Sensorelemente zueinander. Vorteilhaft wird das Sensorgehäuse und /oder das Anschlußelement aus einem nichtmagnetisierbaren Material, wie beispielsweise Messing hergestellt, wodurch eine verbesserte Wirkung des Meßprinzips erzielt wird. Zur Erkennung eines Magnetfeldes sind verschiedene Sensoren wie beispielsweise magnetoresistive Sensoren, Hall- Sensoren und sogenannte Feldplatten bekannt. Besonders kostengünstig erweisen sich für den Masseneinsatz die Hall- Sensoren. Diese lassen sich leicht unter geringem Bauraumbedarf auf einer elektronischen Schaltung integrieren und dann mit zusätzlichen Auswerteschaltungen und Schnittstellen ausstatten.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Sensoreinrichtung ist zumindest ein Dauermagnet derart in dem Endabschnitt ausgerichtet, daß die Magnetachse des Dauermagneten senkrecht zur Längsachse der Meßstange steht, und daß zumindest ein Sensorelement in radialem Abstand zu dem Dauermagneten innerhalb des Sensorgehäuses angeordnet ist. In dem Endabschnitt des Anschlußelementes wird eine Dauermagnet mit der Magnetachse senkrecht zur Drehachse des Anschlußelementes angeordnet. Vorteilhaft erstreckt sich der Dauermagnet über den vollen Durchmesser des Endabschnittes. Dies kann ein Flach- oder Stabmagnet eingebracht in eine Nut oder Bohrung sein. Das Magnetfeld triff annähernd senkrecht aus den Polflächen aus und durchdringt dann unmittelbar das Sensorgehäuse mit den darin angeordneten magnetfeldempfindlichen Sensorelementen. Zumindest ein magnetfeldempfindlicher Sensor ist an dem Umfang der dem Anschlußelement zugewandten Seite der Ausnehmung im Sensorgehäuse angeordnet und wird, zumindest in der Stellung mit dem geringsten Abstand zu einer der Polflächen, annähernd senkrecht von dem Magnetfeld durchströmt. Vorteilhaft werden zwei oder mehrere magnetfeldempfindliche Sensoren an dem Umfang der Ausnehmung verteilt angeordnet, wodurch einen genauere Auswertung der Lage des Anschlußelementes in der Ausnehmung ermöglicht wird. Die Abnahme der Stärke des Magnetfeldes durch ein Sensorelement wird gleichzeitig durch eine Zunahme der Stärke des Magnetfeldes in dem weiteren Sensorelement erkannt. Eine Auswerteelektronik wertet dann die Meßwerte der magnetfeldempfindlichen Sensoren nach Richtung und Stärke des Magnetfeldes aus und ermittelt den Drehwinkel des Anschlußelementes in der Ausnehmung. Durch entsprechende Lernverfahren kann die Auswerteelektronik die Lage des Kolbens in der Nullage und den dazugehörigen Drehwinkel erkennen. Desweiteren kann die Auswerteelektronik den Drehwinkel der Meßstange direkt in die Stellung des Kolbens relativ zu dem Zylinderrohr als ein direktes Wegsignal umwandeln. Die Auswerteelektronik kann dazu mit einem Mikroprozessor und Speichermitteln versehen sein und ferner auch über eine Schnittstelle verfügen, die beispielsweise mit einem CAN- Bussystem kommuniziert.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest ein Dauermagnet derart an dem Endabschnitt ausgerichtet ist, daß die Magnetachse des Dauermagneten radial versetzt in Richtung zur Längsachse der Meßstange steht, und daß zumindest ein Sensorelement annähernd zentral zu der Längsachse der Meßstange innerhalb des Sensorgehäuses angeordnet sind. Durch diese Anordnung der Sensorelemente zueinander kann erreicht werden, daß sich nur die Richtung aber nicht die Stärke des Magnetfeldes bei einer Drehung des Anschlußelementes durch das magnetfeldempfindliche Sensorelement verändert. Der Dauermagnet kann als Stabmagnet ausgeführt und direkt in einer stirnseitigen Bohrung am Anschlußelement angeordnet sein. Durch die dezentrale Anordnung verändert sich die Richtung des Magnetfeldes durch das zentral angeordnete, feststehende Sensorelement bei einer Verdrehung des Anschlußelementes in der Ausnehmung an dem Sensorgehäuse. Zur Verstärkung des Magnetfeldes, kann das Magnetfeld auch durch mehrerer Dauermagnete erzeugt werden. Vorteilhaft ist die Anordnung zweier Dauermagneten koaxial zur Drehrichtung in gleichem radialem Abstand von der Drehachse in einer sich ergänzenden Ausrichtung. Das magnetfeldempfindliche Sensorelement ist zentral in dem Sensorgehäuse angeordnet und so ausgeführt, daß es die Magnetfeldrichtung erkennen kann. Dies Ausführen ist besonders kostengünstig, da der magnetfeldempfindliche Sensor einfach ausgeführt und direkt in einem Elektronikbaustein integriert und so leicht mit weiteren Auswerteschaltungen verbunden werden kann.
Die Ausbildung der Meßstange gibt die Drehbewegung des Anschlußelementes in der Ausnehmung des Sensorgehäuses vor. Allein durch diese Ausbildung der Meßstange kann der Meßbereich bzw. die Meßauflösung vorgegeben werden. Der die Drehung verursachende Gegenstand, wie beispielsweise ein Kolben in einem Zylinder, braucht lediglich eine Bohrung mit einem Öffnungsquerschnitt aufweisen, der zur Kontur der Meßstange im Querschnitt korrespondiert.
Besonders vorteilhaft ist die Ausführung der Meßstange mit einer steigungsgroßen Verwindung von mindestens 70°. Hierdurch lassen sich lange Hubwege eines Kolbens mit einer einfachen und mit wenigen Verwindungen versehenen Meßstange erkennen. Außerdem wird durch die große Steigung die Reibung zwischen den Elementen gering gehalten.
Eine Vergrößerung der Steigung, bis hin größer als der Hemmwinkel von 76°, ist eine besondere Ausgestaltung der Erfindung. Steigungswinkel in diesem Bereich verhindern, daß sich die aneinander geführten Elemente nicht zur Übertragung einer Drehbewegung eignen und somit nicht zu einer gegenseitigen Drehbewegung anregen können. Hierdurch werden Abnutzungen an den Führungs- und Lagerstellen verringert und das Spiel zwischen den Elementen gering gehalten.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich die Verwindung der Meßstange gleichmäßig über die gesamte Länge der Meßstange. Durch diese Ausführung, kann die Auswertung des Drehwinkelsignals einfach erfolgen, da die Verdrehung sich über den gesamten Meßbereich linear zur Hubbewegung des Kolbens verhält.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich die Verwindung schraubenförmig im wesentlichen entlang eines Umfangswinkels von 360°. Hierdurch läßt sich auf einfache Weise eine eindeutige Abhängigkeit des Verdrehwinkels der Meßstange von der Längsbewegung der Kolbenstange erzielen, da das Anschlußelement über die gesamte Hubbewegung des Kolben nur maximal eine volle Umdrehung erfährt. Auf eine besondere Auswertung und Ermittlung der vollführten Umdrehungszahlen der Meßstange kann erfindungsgemäß verzichtet werden.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, kann die Meßstange nur bereichsweise eine Verwindung ausweisen. Hierdurch kann das erfindungsgemäße Wegmeßsystem auf den Kolbenhubbereich beschränkt werden, in welchem eine besondere Auswertung oder nur dort eine Wegmessung notwendig ist. Die Meßstange ist dazu nur beispielsweise in der Mitte mit einer Verwindung versehen und in dem weiteren Meßstangenbereich so ausgestaltete, daß keine Steigungsänderung erfolgt und somit in diesen Hubbereichen des Kolbens, keine Drehung der Meßstange hervorgerufen wird. Diese Ausführungsform eignet sich besonders für von dem Hubzylinder ausführbare Bewegungsabläufe, die eine von den Endanschlägen des Kolbens verschiedene Stellung aufweisen, in denen die Lage des Kolbens besonders gesteuert oder geregelt oder erkannt werden muß. Besonders für aus einer Transport- in eine Arbeitsstellung verschwenkbare Arbeitsgeräte eignet sich diese Ausführungsform. So besitzt hierfür die Meßstange nur in dem der Arbeitsstellung entsprechenden Hubbereich eine Verwindung, um beispielsweise dort eine Erkennung und gegebenenfalls auch eine Steuerung der Arbeitslage zu ermöglichen.
In einer Weiterbildung der Meßstange, wird dies an zumindest zwei Stellen mit einer Verwindung versehen. Hierdurch lassen sich einzelne Stellungen des Kolbens und gegebenenfalls Lagen von betätigten Elementen erkennen und ansteuern. So lassen sich auf kostengünstige Weise, einzelne, außerhalb des Hubzylinders angeordnete Positionserkennungsmittel einsparen und es wird ferner dann keinen zusätzlichen Bauraum mehr benötigt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, weist die Meßstange Bereiche mit unterschiedlichen Steigungen der Verwindung auf. Die Meßstangenverwindung kann an die jeweiligen Anforderung angepaßt, unterschiedlich ausgebildet sein. Dies ist eine besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung gegenüber den bekannten Positions- und Wegmeßsystemen. Durch die Formgebung beziehungsweise die verschiedenen Steigungen der Verwindung der Meßstange ergeben sich besondere Anwendungsgebiete und -formen, in denen sonst auf außerhalb des Zylinders angeordnete Positionserkennungsmittel zurückgegriffen werden mußte. Diese lassen sich erfindungsgemäß in den Hubzylinder verlagern und benötigen dadurch keinen zusätzlichen Bauraum mehr und sind außerdem dann vor Beschädigungen geschützt angeordnet. Verschiedene Steigungen der Verwindung haben den Vorteil, daß die Meßstange an die bestimmten Anforderungen entlang des Kolbenhubs angepaßt werden kann. So gibt es Stellbereiche, in denen nur erkannt werden muß, ob der Hubzylinder diese durchfahren oder erreicht hat und weiterhin Bereiche, in denen eine Kolbenstellung exakt eingehalten oder entlang eines gewissen Hubbereichs genau überwacht werden muß. Hierzu wird dann die Meßstange mit unterschiedlichen Steigungen der Verwindung versehen. In den Bereichen, welchen nur eine Position erkannt werden muß, wird die Meßstange mit einer großen Steigung der Verwindung ausgestattet, so daß die Meßstange an diesen Kolbenstellungen nur gering verdreht wird. In den Bereichen mit einer feineren Erkennung wird die Meßstange mit einer geringeren Steigung versehen, so daß in diesem Kolbenhubbereich eine stärkere Verdrehung des Anschlußelementes auftritt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, weisen nur die gegenüberliegenden Enden der Meßstange eine Verwindung auf. Die Meßstange ist so ausgeführt, daß die Meßstange nur an den Enden eine Verwindung der Stange aufweisen und sich in dem dazwischenliegenden Bereich keine Verwindung der Meßstange befindet. Dies ergibt dann einen besonderen Vorteil, wenn die Aufgabe des Hubzylinder darin besteht einen Gegenstand oder Element aus einer Stellung oder Position in eine weitere zu überführen. Für die Steuerung des Hubzylinders sind dazu die einzelnen Endlagenstellungen von besondere Bedeutung, um dort beispielsweise eine sogenannte Endlagendämpfung steuerungstechnisch realisieren zu können. Auch kann die erfinderische Sensoreinrichtung lediglich als eine Positionsanzeige der Endlagenstellungen des Kolbens verwendet werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich die Länge der Meßstange nicht über den gesamten Hub der Kolbenstange. Dies vereinfacht die Sensoreinrichtung erheblich, da dann die Bohrung in der Kolbenstange nicht über den gesamten Kolbenhub ausgeführt werden muß. Solche Ausführungen eigene sich dann besonders, wenn nur in der unteren, eingezogenen Kolbenstellung die Stellung des Kolbens erfaßt werden muß. Bei einem die Meßstangenlänge überschreitenden Kolbenhub, wird diese dann nicht mehr von dem Führungsteil in dem Kolbenboden geführt und steht dann frei im Zylinder. Vorteilhaft ist dann das Meßstangenende mit einer Verjüngung versehen, um das Wiederfinden und sichere Einführen der Meßstange in die Kolbenbohrung, beim erneuten Eintauchen des Kolbens in den Meßbereich, gewährleisten zu können.
Besonders vorteilhaft ist, wenn die Meßstange zumindest der vollen Hublänge der Kolbenstange entspricht. Eine sichere Führung der Meßstange ist dadurch jederzeit gewährleistet.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, weist das Führungselement an einem freien Ende eine in radialer Richtung nach innen orientierte federnde Nase auf, die zumindest bereichsweise an der Umfangsfläche der Meßstange anliegt. Durch diese Ausgestaltung des Führungselementes wird eine besonders exakte Führung der Meßstange in der Bohrung der Kolbenstange ermöglicht. Die Nase wirkt leicht federnd auf die Meßstange ein und sorgt somit für eine spielfreie Führung der Meßstange. Auch Abnutzungen an der Meßstange oder an dem Führungselement werden von dem Führungselement selbst in einem gewissen Bereich ausgeglichen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, ist die Nase des Führungselementes hakenförmig ausgebildet und mit einer in Richtung der Meßstange an die Umfangsfläche derselben anschmiegenden Dichtlippe ausgestattet. Diese hakenförmige Ausgestaltung erbringt eine besondere Führungseigenschaft der Meßstange in der Bohrung der Kolbenstange, indem sie durch die sich anschmiegende Dichtlippe auch geringe Verwindung der umfangseitigen Flächen der Meßstange ausgleicht. Auch wird durch die leichte in axialer Richtung der Meßstange wirkende flächige Führung der hakenförmigen Nase, eine gute Führungseigenschaft an den Übergangen zwischen verschiedenen Steigungen der Verwindung der Meßstange erreicht.
Die Meßstange läßt sich erfindungsgemäß auch weiter ausgestalten, indem die Meßstange zumindest ein hakenförmig ausgebildetes Stützelement besitzt, welches die Meßstange bereichsweise gegenüber der zentralen Bohrung an der Umfangsfläche derselben anschmiegend stützt. Diese Ausführungsform eignet sich erfindungsgemäß besonders für längere Meßstange, um diese in den eingefahrenen Bereichen und Stellungen der Kolbenstange vor radialen Bewegungen zu schützen. Hierzu wird an der dem Anschlußelement gegenüberliegenden Seite der Meßstange ringförmig eine hakenförmiges Stützelement angebracht. Die Meßstange wird dafür etwas länger als für den maximale Kolbenhub notwendig ausgeführt, damit sich das Führungselement und das Stützelement in der ausgefahrenen Stellung der Kolbenstange nicht gegenseitig behindern. Die Meßstange wird generell von dem Anschlußelement in axiler Richtung gehalten und von dem Führungselement beziehungsweise dem Stützelement in radialer Richtung geführt, wobei das Stützelement so ausgeführt ist, daß es keine Führungseigenschaften bezogen auf die Meßstange besitzt. Dazu ist das Stützelement zum einen an die äußere Kontur der Meßstange und zum anderen an die Kontur der Bohrung in der Kolbenstange angepaßt ausgestaltet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1
eine schematische Seitenansicht eines Ackerschleppers mit hydraulisch betätigter Frontschaufel in einer oberen und in einer unteren Stellung der Frontladerschwinge,
Figur 2
einen Längsschnitt eines Hubzylinders gemäß Figur 1 in einer Einfahrposition,
Figur 3
einen Hubzylinder gemäß Figur 1 in einer Ausfahrposition,
Figur 4
einen Teilschnitt X aus Figur 2 in vergrößerter Darstellung,
Figur 5
eine schematische Darstellung einer Meßstange nach einer ersten Ausführungsform,
Figur 6
eine schematische Darstellung einer Meßstange nach einer zweiten Ausführungsform,
Figur 7
eine schematische Darstellung einer Meßstange nach einer dritten Ausführungsform und
Figur 8
eine alternative Ausführungsform einer federnden, hakenförmigen Nase eines Führungselementes gemäß Figur 4,
Ein in Figur 1 schematisch dargestellter Ackerschlepper 1 weist eine Frontschaufel 2 zum Heben, Transportieren und Laden von Gütern auf, die mittels paarweise angeordneter erster Hubzylinder 3 sowie zweiter Hubzylinder 4 betätigbar ist. Die ersten Hubzylinder 3 dienen zum Heben und Senken der Frondladerschwinge 5 und in Verbindung damit auch der Schaufel 2. Die zweiten Hubzylinder 4 dienen zum Verschwenken der Frontschaufel 2 relativ zur Frontladerschwinge 5. Die Hubzylinder 3, 4 sind als Hydraulikzylinder und im wesentlichen gleichartig ausgebildet.
Beispielsweise wird im folgenden die Betätigung der zweiten Hubzylinder 4 in Verbindung mit den Figuren 2 und 3 näher beschrieben.
Die zweiten Hubzylinder 4 dienen zum Verstellen der gelenkig an einer Frontladerschwinge 5 angeordneten Frontschaufel 2. An dieser Frontladerschwinge 5 schließt sich zu der Karosserie des Ackerschleppers 1 hin ein Konsole 6 zur Aufnahme der Frontladerschwinge 5 an.
In der Figur 1 sind jeweils in der oberen und unteren Stellung der Frontladerschwinge 5 verschiedene Stellungen der Frontschaufel 2 relativ zu der Frontladerschwinge 5 dargestellt. Die Stellung der Frontladerschwinge 5 selbst zu der Konsole 6 und die Stellung der Frontschaufel 2 relativ zu der Frondladerschwinge 5, lassen sich in einfacher, erfindungsgemäßer Weise durch eine Ermittlung der relativen Kolbenlagen zu dem jeweiligen Zylinderrohr 7 ermitteln.
In einer Einfahrstellung des Hubzylinders 4 gemäß Figur 2 befindet sich die Frontschaufel 2 in einer Transportposition, während sie sich in einer Ausfahrstellung des Hubzylinders 4 gemäß Figur 3 in einer Auskippositon befindet. Die Steuerungen von Frontladern besitzen in der Regel auch eine automatische Parallelführung der Frontschaufel 2 zur Standfläche des Ackerschleppers 1. Hierzu wird von einer Steuerung, abhängig von der Stellung der Hubzylinder 3, elektrohydraulisch automatische eine Kolbenstellung an den beiden zwei Hubzylindem 4 so eingestellt, so daß der Boden der Frontschaufel 2 über den gesamten Schwenkweg der Frontladerschwinge 5, von der unteren in die obere Stellung, parallel zur Standfläche des Acherschleppers 1 gehalten wird. Die Stellung des Kolbens in zumindest einem der Hubzylinder 3 wird mittels des erfindungsgemäßen Meßsystems ermittelt und an eine Steuerung übergeben. Diese greift dann anhand des Meßwertes auf eine hinterlegte Tabelle zu und entnimmt dieser eine notwendige Hubzylinderlänge für die Hubzylinder 4, welcher einer Parallelstellung des Bodens der Frontschaufel 2 entsprechend der Stellung der Frontladerschwinge 5 und der Standflächen des Ackerschleppers 1 entspricht. Eine nachfolgende Steuerung oder ein Steuerbefehl verursacht dann, anhand des ermittelten notwendigen Längensignals für die Hubzylinder 4, eine entsprechende Einstellung der Hubzylinderlänge der Hubzylinder 4. Die Länge zumindest eines Hubzylinders 4 wird wiederum mit einem erfindungsgemäßem Meßsystem ermittelt und an die Steuerung zurückgemeldet.
Der Hubzylinder 3 oder 4 selbst weist ein Zylinderrohr 7 auf, in dem ein Kolben 8 längsverschieblich gelagert ist. Der Kolben 8 ist fest mit einer Kolbenstange 9 verbunden. Die Kolbenstange 9 weist an einem ersten stirnseitigen Ende ein Gelenkauge 10 auf, das beispielsweise gelenkig mit einem Schaufelgelenkteil 11 an der Frontladerschwinge 5 verbunden ist. Die Kolbenstange 9 weist eine zentrale Bohrung 12 und an einem dem Gelenkauge 10 abgewandten Ende ein Führungselement 45 auf, so daß eine Meßstange 13 als Meßelement längsbeweglich relativ zur Kolbenstange 9 geführt ist. Die Kolbenstange 9 ist hohlgebohrt ausgebildet und liegt mit dem Führungselement 45 zumindest bereichsweise umfangseitig an der Meßstange 13 an.
Die Meßstange 13 weist in dem dargestellten Beispiel über die gesamte Länge eine steigungsgroße Verwindung 14 auf, die sich entlang eines Umfangswinkels von 360° über die gesamte Länge der Meßstange erstreckt. Vorzugsweise ist die Meßstange 13 im Querschnitt rechteckförmig ausgebildet, wobei die Kanten des Rechtecks jeweils von einer der Kolbenstange 9 abgewandten Stirnseite 15 zu einer der Kolbenstange 9 zugewandten Stirnseite 16 hin kontinuierlich und schraubenförmig (wendelförmig) einen Umfangswinkel von 360° überstreichen.
Zur Stirnseite 15 der Meßstange 13 hin ist ein schematisch in Figur 4 dargestellter Dauermagnet 19 in einem mit der Meßstange 13 fest verbundenen Anschlußelement 20 eingefaßt. Dieses Anschlußelement 20 ist drehbeweglich in einer radialen Ausnehmung 21 eines drehfest in dem Zylinderboden 18 gelagerten Sensorgehäuses 22 gelagert.
Das Sensorgehäuse 22 weist zumindest eine Bohrung zur Aufnahme eines Sensorelementes 24 auf, welches in einem radialen Abstand zu dem Dauermagneten 19 innerhalb des Sensorgehäuses 22 angeordnet ist. Dieses liefert in Abhängigkeit von dem Magnetfeld des Dauermagneten 19 ein Sensorsignal, das in einer Auswerteelektronik ausgewertet und als Wegmeßsignal zu einer zentralen Steuereinheit übertragen werden kann. Die Auswerteelektronik vorzugsweise direkt dem Sensorelement 24 zugeordnet und mit diesem zusammen in einer Baueinheit innerhalb des Sensorgehäuses 22 angeordnet. Das Sensorgehäuse 22 selbst kann aus einem nicht magnetisierbaren Material, in dem das Sensorelemente 24 eingefaßt ist, bestehen. Vorzugsweise ist das Sensorelement 24 als ein nach dem Hall-Prinzip arbeitendes Hall-Sensorelement ausgebildet.
Der Zylinderboden 18 weist zur gelenkigen Befestigung des Hubzylinders 3,4 ein Gelenkauge 25 auf. Zur Betätigung des Hubzylinders 4 weist dieser einen ersten Hydraulikanschluß 27 im Zylinderboden 18 und einen zweiten Hydraulikanschluß 28 in einem fest mit dem Zylinderrohr 7 verbundenen Zylinderkopf 29 auf. Durch diese Anschlüsse 27, 28 wird eine Hydraulikflüssigkeit in den Zylinderinnenraum zu- bzw. abgeführt. Bei Druckbeaufschlagung des Zylinders 4 wird die Kolbenstange 9 in Längsrichtung bewegt, wobei die Meßstange 13 entsprechend der Orientierung der Verwindung 14 in eine vorgegebene Drehrichtung 32 verdreht wird.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Sensoreinrichtung können in dem Sensorgehäuse auch mehrere gleichmäßig in Umfangsrichtung angeordnete Sensorelemente in einem Außenring des Sensorgehäuses 22 angeordnet sein. Durch die gleichzeitige Bereitstellung von mehreren Sensorsignalen wird eine eindeutige Bestimmung der Lage des Kolbens 8 verwirklicht. Dadurch, daß sich die Verwindung 14 lediglich über einen Verdrehwinkel von 360° erstreckt, können mehrere Zwischenstellungen des Kolbens 8 - nicht nur die Endstellungen gemäß Figur 2 und 3 - detektiert werden.
Wie besser aus Figur 4 ersichtlich ist, ist die Meßstange 13 mittels eines Querbolzens 17 mit dem Anschlußelement 20 verbunden. Der Bolzen 17 ist in einer Querbohrung der Meßstange 13 gelagert. Das Anschlußelement 20 ist tellerförmig ausgebildet und weist ein Ringelement 34 auf, das sich auf einem Absatz 35 des Zylinderbodens 18 abstützt. Das Anschlußelement 20 weist auf einer der Meßstange 13 zugewandten Seite eine Ausnehmung 36 auf, in der das stirnseitige Ende 15 der Meßstange 13 eingreifen kann. Auf einer der Meßstange 13 abgewandten Seite schließt sich an dem Ringelement 34 ein Endabschnitt 37 an, der zusammen mit dem Ringelement 34 in dem Zylinderboden 18 positioniert ist. In dem Endabschnitt 37 ist zumindest ein bewegliches Sensorelement als Dauermagneten 19 ausgeführt angeordnet.
Auf der der Meßstange 13 abgewandten Rückseite des Sensorgehäuses 22, ist ein Halteelement 38 vorgesehen, mittels dessen das Sensorgehäuse 22 gegen den Absatz 35 gedrückt und das Ringelement 34 des Anschlußelementes 20 entsprechende spielarm geführt wird. Das Halteelement 38 ist vorzugsweise als Haltering ausgebildet und dient zur lösbaren Befestigung des Sensorgehäuses 22 bzw. des Anschlußelementes 20 sowie der Meßstange 13 innerhalb des Zylinderrohres 7. Das Sensorgehäuse 22 wird in einer Nut von einer Dichtung 39 umfaßt, die den Druckbereich des Hubzylinders gegenüber der Umgebung abdichtet und zwischen der Wand 40 des Zylinderbodens 18 und das Sensorgehäuse 22 eingepreßt angeordnet ist.
Das Sensorgehäuse 22 und das Anschlußelement 20 bestehen vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere Messing, innerhalb dessen das Sensorelement 24 bzw. der Dauermagnet 19 eingefaßt sind.
Auf einer dem Sensorgehäuse 22 zugewandten Seite ist die Kolbenstange 9 mit einem Dämpfungszapfen 41 ausgebildet. Der Dämpfungszapfen 41 erstreckt sich in einer gemäß Figur 2 dargestellten Endstellung in einem Verengungsabschnitt 42 des Zylinderrohres 7 und ermöglicht eine hydraulische Endlagendämpfung des Kolbens 8 in der Einfahrstellung desselben.
An dem Ende des Dämpfungszapfens 41 ist das Führungselement 45 reib- oder kraftschlüssig eingesetzt und weist eine federnde Nase 43 auf, die radial nach innen gegen die Meßstange 13 drückt. Die Nase 43 kann aus einem steifen Kunststoffmaterial bestehen. Die Kontur des Führungselementes 45 korrespondiert zumindest bereichsweise zur Kontur der Meßstange 13. Sie kann polygonförmig, vorzugsweise viereckig, ausgebildet sein. Das Führungselement 45 ist ferner koaxial zur Kolbenstange 9 ausgerichtet.
Figur 5 zeigt eine Meßstange 13 welche über die gesamte Meßstangenlänge mit einer Verwindung versehen ist. Sie wird hier in ausgebauter Form dargestellt und kann an den Enden, je nach Ausführung und Anwendung der Meßstange 13, zusätzlich mit Führungs- oder Halteelemente, wie beispielsweise auch einer Bohrung, ausgestattet sein.
Dadurch, daß die Meßstange 13 ortsfest angeordnet ist und eine entsprechend Figur 5 geformte Verwindung 14 aufweist, wird die Meßstange 13 bei einer axialen Verschiebung des Kolbens 8 bzw. der Kolbenstange 9 um die Längsachse der Kolbenstange 9 um einen Drehwinkel ϕ verdreht, so daß ein entsprechendes winkelabhängiges Signal von der Sensoreinrichtung erkannt wird. Dieses wird in der Auswerteeinheit ausgewertet, wobei durch eine Kennlinie die Beziehung zwischen dem translatorischen Weg des Kolbens 8 bzw. der Kolbenstange 9 und dem Drehwinkel ϕ der Meßstange 13 festgelegt sein kann. Es wird somit ein die Positionierung der Kolbenstange 9 bzw. die Wegänderung derselben repräsentierendes Meßsignal gebildet.
Die Verwindung 14 der Meßstange 13 weist einen zur Längsrichtung der Meßstange 13 bildenden Steigungswinkel α von mindestens 70°, vorzugsweise 76° auf. Vorzugsweise sollte der Steigungswinkel α nicht einen Hemmwinkel β von 76° unterschreiten. Hierdurch wird eine Leichtgängigkeit in der Relativbewegung zwischen der Meßstange 13 und der Kolbenstange 9 gewährleistet, wobei die translatorische Bewegung der Kolbenstange 9 reibungsarm in eine rotatorische Bewegung der Meßstange 13 umgesetzt wird, ohne dabei die Bewegung des Kolbens 8 zu behindern.
Dadurch, daß die Meßstange 13 durch den Querbolzen 17 in Längsrichtung arretiert ist, kann zusätzlich eine Entkopplung zwischen dem Anschlußelement 20 einerseits und der Meßstange 13 andererseits erfolgen. Bei nicht paralleler Ausrichtung der Meßstange 13 und dem Anschlußelement 20 kann selbsttätig ein Ausgleich durch ein Verschwenken um die Bolzenachse des Bolzens 17 herbeigeführt werden.
Nach einer zweiten Ausführungsform der Meßstange 13 gemäß Figur 6 ist eine Meßstange 45 vorgesehen, die jeweils im Bereich der stirnseitigen Enden eine Verwindung 46 aufweisen. Die Verwindungen 46 überstreichen jeweils einen Umfangswinkel von 180°, so daß über die gesamte Länge der Meßstange 45 eine Verwindung von 360° besteht und somit eine eindeutige Zuordnung gegeben ist. Diese Meßstange 45 dient zur Positionsbestimmung der Kolbenstange in einem Endbereich derselben. Vorzugsweise kann die Meßstange 45 zur Endlagendämpfung eingesetzt werden.
Nach der in der Figur 7 dargestellten Ausführungsform kann die Verwindung auch in einem beliebigen Bereich der Meßstange 13 angeordnet sein. Die Anordnung kann abhängig von der Verwendung der Kolbenstange 9 bzw. des Kolbens 8 sein. Der Meßbereich wird daher allein durch die Formgebung der Meßstange festgelegt.
Vorzugsweise wird einmalig vor Beginn der Messung zum Ausgleich von Hysteresefehlern infolge der Toleranzen in axialer Richtung des Anschlußelement 20, der Meßstange 13 und der Kolbenstange 9 eine Kalibrierung der Auswerteelektronik durchgeführt. Diese Hysteresefehler würden sich insbesondere bei Richtungsumkehr der Kolbenstange 9 negativ auf das Meßergebnis auswirken. Deshalb wird eine Referenzmessung durchgeführt, bei der die Kolbenstange 9 über die gesamte Länge in die eine und dann in die andere Richtung verfahren wird. Es wird eine Drehwinkelkennlinie in Abhängigkeit vom Weg aufgenommen und in der Auswerteelektronik abgespeichert. Nach Aufnahme dieser Kennlinie kann der Hysteresefehler berücksichtigt werden und der gemessene Sensorwert in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung der Kolbenstange 9 entsprechend dem ermittelten Hysteresefehler korrigiert werden. Dieser Kalibriervorgang wird einmalig nach der Montage der Sensoreinrichtung bzw. der Meßstange 13 in dem Hubzylinder 3,4 vorgenommen.
Die Meßstange 13 und die Kolbenstange 9 können jeweils für sich aus einem metallischen Werkstoff oder aus einem Kunststoff ausgebildet sein.
Nach einer Ausführungsform gemäß Figur 8, kann das Führungselement 45 auch einstückig mit einem Dämpfungszapfen 41 verbunden sein und weist eine nach innen umgelenkte Dichtlippe 44 auf, die sich wie dargestellt an den Führungsflächen der Meßstange 13 anschmiegt.

Claims (20)

  1. Vorrichtung zur Erfassung der Lage eines Kolbens in einem Zylinder, insbesondere einem Druckmittelzylinder, mit einer eine Bohrung aufweisenden Kolbenstange (9), in der eine Meßstange angeordnet ist, wobei in Abhängigkeit von der Längsbewegung der Kolbenstange (9) die Meßstange (13) um einen Drehwinkel (ϕ) zwangsgeführt und der Drehwinkel (ϕ) mittels einer Sensoreinrichtung in eine elektrisches Sensorsignal umgewandelt wird,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Sensoreinrichtung zumindest ein feststehendes Sensorelement (24) außerhalb des Druckmittelbereichs und ein bewegliches, von der Meßstange (13) angetriebenes, Sensorelement (19) innerhalb des Druckmittelbereichs aufweist und die Bewegung des angetriebenen Sensorelementes (19) berührungslos von dem feststehenden Sensorelement (24) erfaßt wird.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    sich in dem Zylinderboden (18) ein entnehmbares Sensorgehäuse (22) befindet, welches umfangseitig mit einer Dichtung (39) ausgestattet ist und einerseits das feststehende Sensorelement (24) von dem Druckmittel trennend aufnimmt und andererseits auf der mit dem Druckmedium in Verbindung stehenden Seite eine Ausnehmung (21) aufweist, welche zur Aufnahme eines mit dem stirnseitigen Ende der Meßstange verbunden Anschlußelementes (20) dient, wobei das Anschlußelement (20) drehbar um die Längsachse der Meßstange (13) in der Ausnehmung (21) gelagert ist.
  3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,daß
    das Anschlußelement (20) zur Fixierung beziehungsweise Lagerung mit einem Ringelement (34) ausgebildet ist, welches sich einerseits auf einem Absatz (35) des Zylinderbodens (18) und andererseits in der Ausnehmung (21) abstützt.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    das Anschlußelement (20) eine zentrale Bohrung (36) zur Aufnahme des stirnseitigen Endes (15) der Meßstange (13) aufweist und die Meßstange (13) mittels eines quer zur Längsachse derselben verlaufenden Bolzens (17) lösbar und gelenkig in der Bohrung (36) mit dem Anschlußelement (20) verbunden ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    auf einer der Meßstange (13) abgewandten Rückseite des Sensorgehäuses (22) ein Halteelement (38) vorgesehen ist zur lösbaren Befestigung des Sensorgehäuses (22) in dem Zylinderboden (18).
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    das bewegliche Sensorelement (19) als Dauermagnet (19) und das feststehende Sensorelement (24) als magnetfeldempfindliches Sensorelement ausgebildet ist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    das Sensorelement (24) als Hall-Sensorelement ausgebildet ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    zumindest ein Dauermagnet (19) derart in der an dem Endabschnitt (37) ausgerichtet ist, daß die Magnetachse des Dauermagneten (19) senkrecht zur Längsachse der Meßstange (13) steht, und daß zumindest ein Sensorelement (24) in radialem Abstand zu dem Dauermagneten (19) innerhalb des Sensorgehäuses (22) angeordnet sind.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    zumindest ein Dauermagnet (19) derart in dem Endabschnitt (37) ausgerichtet ist, daß die Magnetachse des Dauermagneten (19) radial versetzt in Richtung zur Längsachse der Meßstange (13) steht, und daß zumindest ein Sensorelement (24) annähernd zentral zu der Längsachse der Meßstange (13) innerhalb des Sensorgehäuses (22) angeordnet ist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Meßstange (13) eine steigungsgroße Verwindung (14) mit einem Steigungswinkel (α) in einem Bereich von mindestens 70° hat.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Steigungswinkel (α) größer als ein Hemmwinkel (β) von 76° ist.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    sich die steigungsgroße Verwindung (14) gleichmäßig über die gesamte Länge der Meßstange (13) erstreckt.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    sich die Verwindung der Meßstange (13) maximal über einen Umfangswinkel von 360° erstreckt.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Meßstange (13) nur bereichsweise eine Verwindung aufweist.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Meßstange (13) Bereiche mit unterschiedlichen Steigungen der Verwindung aufweist.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Meßstange (13) jeweils nur im Bereich gegenüberliegender Enden (15, 16) eine Verwindung (14) aufweist.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Länge der Meßstange (13) sich nicht über den gesamten Hub der Kolbenstange (9) erstreckt.
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17,
    dadurch gekennzeichnet,daß
    das Führungselement (45) an einem freien Ende eine in radialer Richtung nach innen orientierte federnde Nase (43) aufweist, die zumindest bereichsweise an der Umfangsfläche der Meßstange (13) anliegt.
  19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18,
    dadurch gekennzeichnet,daß
    die Nase (43) hakenförmig ausgebildet ist mit einer sich in Richtung der Meßstange (13) an die Umfangsfläche derselben anschmiegenden Dichtlippe (44).
  20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19,
    dadurch gekennzeichnet,daß
    die Meßstange (13) zumindest ein hakenförmig ausgebildetes Stützelement besitzt, welches die Meßstange (13) bereichsweise gegenüber der zentralen Bohrung (12) an der Umfangsfläche derselben anschmiegend stützt.
EP00114195A 1999-07-19 2000-07-14 Vorrichtung zur Erfassung der Lage eines Kolbens Expired - Lifetime EP1070856B1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DK00114195T DK1070856T3 (da) 1999-07-19 2000-07-14 Indretning til bestemmelse af positionen af et stempel

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19933073A DE19933073A1 (de) 1999-07-19 1999-07-19 Vorrichtung zur Erfassung der Lage eines Kolbens
DE19933073 1999-07-19

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP1070856A1 EP1070856A1 (de) 2001-01-24
EP1070856B1 true EP1070856B1 (de) 2005-06-01

Family

ID=7914821

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP00114195A Expired - Lifetime EP1070856B1 (de) 1999-07-19 2000-07-14 Vorrichtung zur Erfassung der Lage eines Kolbens

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP1070856B1 (de)
AT (1) ATE296964T1 (de)
DE (2) DE19933073A1 (de)
DK (1) DK1070856T3 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101189559B1 (ko) 2003-10-17 2012-10-11 클라크 이큅먼트 컴파니 유압실린더의 스트로크 위치 센서용 장치 및 설치방법
EP1924746B1 (de) 2005-09-12 2016-04-27 Wirtgen GmbH Selbstfahrende baumaschine mit hubsäule
DE102019104768A1 (de) * 2019-02-26 2020-08-27 Amazonen-Werke H. Dreyer Gmbh & Co. Kg Vorrichtung zur Erfassung der Hubhöhe einer Kolbenstange innerhalb eines Zylinders

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10059542A1 (de) * 2000-11-30 2002-06-06 Deere & Co Landwirtschaftliche Maschine oder Gerät mit Positionierungszylinder
DE102006062129B4 (de) 2006-12-22 2010-08-05 Wirtgen Gmbh Straßenbaumaschine sowie Verfahren zur Messung der Frästiefe
CN103210182B (zh) * 2010-10-26 2016-12-21 Jlg工业公司 汽缸长度传感器安装/固定组件
CN114136254B (zh) * 2021-11-01 2024-04-09 庆安集团有限公司 作动器活塞杆可旋转的外置线位移传感器防扭转结构

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE7201445U (de) * 1972-04-06 Weiste H Langenveranderhcher hydraulischer Stellzylinder
US2936737A (en) * 1955-07-25 1960-05-17 Miller J Carter Rotary actuator
US3403365A (en) * 1964-05-04 1968-09-24 Gen Electric Shielded transducer having means to reduce core movement
NO123671B (de) * 1968-12-30 1971-12-27 Norsk Hydro Verksteder A S
GB1369673A (en) * 1972-02-07 1974-10-09 Dowty Mining Equipment Ltd Fluid-operated jack with position signalling device
US3956973A (en) * 1972-07-11 1976-05-18 Basic Aluminum Castings Company Die casting machine with piston positioning control
LU66347A1 (de) * 1972-10-23 1973-01-23
DE2339324A1 (de) * 1973-08-03 1975-02-13 Rexroth Gmbh G L Arbeitszylinder mit stellungsanzeigevorrichtung
FR2216467A1 (de) * 1973-10-09 1974-08-30 Poclain Sa
GB1526211A (en) * 1976-01-08 1978-09-27 Hydraulics & Pneumatics Ltd Devices for producing signals according to the position of a piston in a cylinder
US4386552A (en) * 1980-06-16 1983-06-07 Foxwell W John Power cylinder with internally mounted position indicator
US4552055A (en) * 1981-02-09 1985-11-12 Prince Manufacturing Company Power cylinder with internally mounted position indicator
DE8516682U1 (de) * 1985-06-07 1987-01-15 Hermann Hemscheidt Maschinenfabrik Gmbh & Co, 5600 Wuppertal Vorrichtung zur digitalen Wegbestimmung des Kolbenhubes eines Arbeitszylinders von hydraulischem Schreitausbau
US6064197A (en) * 1997-07-26 2000-05-16 U.S. Philips Corporation Angle sensor having lateral magnetic field sensor element and axial magnetic field direction measuring element for determining angular position
DE29820636U1 (de) * 1998-11-18 1999-01-28 Festo AG & Co, 73734 Esslingen Satz aus mehreren Linearantrieben

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101189559B1 (ko) 2003-10-17 2012-10-11 클라크 이큅먼트 컴파니 유압실린더의 스트로크 위치 센서용 장치 및 설치방법
EP1924746B1 (de) 2005-09-12 2016-04-27 Wirtgen GmbH Selbstfahrende baumaschine mit hubsäule
DE102019104768A1 (de) * 2019-02-26 2020-08-27 Amazonen-Werke H. Dreyer Gmbh & Co. Kg Vorrichtung zur Erfassung der Hubhöhe einer Kolbenstange innerhalb eines Zylinders
EP3702628A1 (de) 2019-02-26 2020-09-02 Amazonen-Werke H. Dreyer GmbH & Co. KG Vorrichtung zur erfassung der hubhöhe einer kolbenstange innerhalb eines zylinders

Also Published As

Publication number Publication date
ATE296964T1 (de) 2005-06-15
DK1070856T3 (da) 2005-10-03
DE19933073A1 (de) 2001-01-25
DE50010436D1 (de) 2005-07-07
EP1070856A1 (de) 2001-01-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60128887T2 (de) Fluidzylinder mit integriertem Positionsensor
EP1656268B1 (de) Kugelgelenk mit schwenkwinkelsensor
EP1489385B1 (de) Vorrichtung zur Sensierung der axialen Stellung eines ersten Bauteils, das relativ zu einem zweiten Bauteil bewegbar ist
DE3843869A1 (de) Kraftsensor zur bestimmung von zug- und druckkraeften
DE4229989A1 (de) Dreh-Linear-Einheit
EP2457753A2 (de) Stellvorrichtung
DE102013201473A1 (de) Betätigungssystem für eine Kupplung eines Kraftfahrzeuges
EP1070856B1 (de) Vorrichtung zur Erfassung der Lage eines Kolbens
DE102005060676B4 (de) Positionssensor in Stabbauweise sowie Verfahren zum Austausch
EP1901040A2 (de) Berührungsloser Drehwinkelsensor
EP1606596B1 (de) Kraftmesszelle
WO2010022719A1 (de) Nulllagenpositionierung für sensor
WO2023126138A1 (de) Elektromechanischer zylinder
DE102015216956A1 (de) Luftfeder für ein Kraftfahrzeug
EP0173010B1 (de) Vorrichtung zum mechanischen Messen und zum Regeln der Zugkraft einer Zugmaschine
EP0575421B1 (de) Vorrichtung zur überwachung des druckes in luftreifen
DE4137881C2 (de) Vorrichtung zum Erfassen und Verstellen der Lage eines Bauteils
DE102017111321A1 (de) Wegmessung an hydraulischen Kupplungsnehmerzylindern mit statischem Magnet und integriertem Hall-Sensor
EP0297210B1 (de) Messglied zum Messen einer an einem Zuggerät angreifenden Kraft
DE4434665C2 (de) Hydraulik-Arbeitszylinder
DE19914459A1 (de) Hubsensor für Fluiddruckzylinder
DE102012218613A1 (de) Befestigungsanordnung zur Befestigung eines Näherungsschalters und Linearbewegungsvorrichtung
DE102023100688A1 (de) Antriebsvorrichtung für eine Fahrzeugtür
DE102019208773B4 (de) Aktuatorvorrichtung
DE202008015212U1 (de) Antriebseinrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE

AX Request for extension of the european patent

Free format text: AL;LT;LV;MK;RO;SI

17P Request for examination filed

Effective date: 20010724

AKX Designation fees paid

Free format text: AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE

17Q First examination report despatched

Effective date: 20040310

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

GRAS Grant fee paid

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: IT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT;WARNING: LAPSES OF ITALIAN PATENTS WITH EFFECTIVE DATE BEFORE 2007 MAY HAVE OCCURRED AT ANY TIME BEFORE 2007. THE CORRECT EFFECTIVE DATE MAY BE DIFFERENT FROM THE ONE RECORDED.

Effective date: 20050601

Ref country code: NL

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20050601

Ref country code: IE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20050601

Ref country code: FI

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20050601

Ref country code: ES

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20050601

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: FG4D

Free format text: NOT ENGLISH

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: EP

REG Reference to a national code

Ref country code: IE

Ref legal event code: FG4D

Free format text: LANGUAGE OF EP DOCUMENT: GERMAN

REF Corresponds to:

Ref document number: 50010436

Country of ref document: DE

Date of ref document: 20050707

Kind code of ref document: P

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: LU

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20050714

Ref country code: CY

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20050714

Ref country code: AT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20050714

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: CH

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20050731

Ref country code: LI

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20050731

Ref country code: MC

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20050731

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20050901

Ref country code: SE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20050901

REG Reference to a national code

Ref country code: DK

Ref legal event code: T3

GBT Gb: translation of ep patent filed (gb section 77(6)(a)/1977)

Effective date: 20050912

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: PT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20051107

NLV1 Nl: lapsed or annulled due to failure to fulfill the requirements of art. 29p and 29m of the patents act
REG Reference to a national code

Ref country code: IE

Ref legal event code: FD4D

ET Fr: translation filed
REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: PL

PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

26N No opposition filed

Effective date: 20060302

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DK

Payment date: 20140721

Year of fee payment: 15

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Payment date: 20140721

Year of fee payment: 15

REG Reference to a national code

Ref country code: FR

Ref legal event code: PLFP

Year of fee payment: 16

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FR

Payment date: 20150626

Year of fee payment: 16

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: BE

Payment date: 20150721

Year of fee payment: 16

REG Reference to a national code

Ref country code: DK

Ref legal event code: EBP

Effective date: 20150731

GBPC Gb: european patent ceased through non-payment of renewal fee

Effective date: 20150714

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20150714

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R084

Ref document number: 50010436

Country of ref document: DE

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DK

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20150731

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: BE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20160731

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20160801

REG Reference to a national code

Ref country code: FR

Ref legal event code: ST

Effective date: 20170331

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Payment date: 20170524

Year of fee payment: 18

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R119

Ref document number: 50010436

Country of ref document: DE

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20190201