DE19933073A1

DE19933073A1 - Device for detecting the position of a piston

Info

Publication number: DE19933073A1
Application number: DE19933073A
Authority: DE
Inventors: Hubert Kleine; Stephan Berkemann
Original assignee: Claas Industrietechnik GmbH
Current assignee: Claas Industrietechnik GmbH
Priority date: 1999-07-19
Filing date: 1999-07-19
Publication date: 2001-01-25
Also published as: DE50010436D1; ATE296964T1; EP1070856B1; EP1070856A1; DK1070856T3

Abstract

The detection device includes a sensor device which has a fixed sensor element outside the region of the fluid and a movable sensor element inside this region. The movement of the measuring rod (13), which has a thread (14) in its longitudinal direction, is turned forcibly through an angle which is detected without contact by the fixed sensor element.

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, und mit einer ein feststehendes Sensorelement aufweisende Sen soreinrichtung.The invention relates to a device for detecting Location of a piston in a cylinder, especially one Pressure cylinder, with a bore Piston rod, in which a measuring rod is arranged, and with a sen having a fixed sensor element device.

Es ist bekannt, zur berührungslosen Messung von Wegen und Winkeln induktive Aufnehmer einzusetzen. So kann beispiels weise die axiale Verschiebung einer Welle induktiv gemessen werden. Der induktive Aufnehmer kann zum einen in einem Zy linderraum eingebaut sein, innerhalb dessen die Welle ver schiebbar geführt ist. Nachteilig an dieser Meßmethode ist jedoch, daß Anschlüsse des Aufnehmers über besondere Durch führungen aus dem Zylinderraum nach außen geführt werden müssen. Insbesondere bei unter Druck stehenden Räumen ist der Einsatz dieser bekannten Vorrichtung relativ aufwendig. It is known for non-contact measurement of paths and Use angles of inductive sensors. For example as the axial displacement of a shaft measured inductively become. The inductive transducer can on the one hand in a Zy linderraum be installed, within which the shaft ver is guided. This measuring method is disadvantageous however, that connections of the transducer through special through guides are led out of the cylinder space have to. Especially in rooms under pressure the use of this known device is relatively expensive.

Weiterhin ist es zur Erfassung der Lage eines Kolbens in einem unter Druck stehenden Zylinder bekannt, eine Sen soreinrichtung an einer äußeren Mantelfläche des Zylinder rohrs anzubringen. Diese Sensoreinrichtung wirkt mit einem innerhalb des Zylinders an einer Umfangsfläche des Kolbens angebrachten Dauermagneten zusammen. Dadurch, daß das Zy linderrohr 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 Sensorele ments bewegt wird. Das so gewonnene Schaltsignal kann in einer nachgeschalteten elektronischen Auswerteeinheit aus gewertet werden zum Erkennen der Lage des Kolbens in dem Zylinder.It is also used to record the position of a piston known a pressurized cylinder, a Sen sensor device on an outer surface of the cylinder to attach pipes. This sensor device works with one inside the cylinder on a peripheral surface of the piston attached permanent magnets together. Because the Zy linderrohr or the cylinder wall from a magnetic Material, there is a switching signal on one of the Fixed outside of the cylinder barrel generated magnetic field sensitive sensor element as soon as the Piston with the permanent magnet in the area of the sensor element ment is moved. The switching signal thus obtained can be in a downstream electronic evaluation unit are used to recognize the position of the piston in the Cylinder.

Nachteilig an der bekannten Vorrichtung ist, daß der Zylin der infolge der Anbringung des Sensorelementes an der Au ßenseite des Zylinderrohres unerwünschte Ausladungen auf weist, die dem Zylinder zum einen eine asymmetrische Ober flächenkontur verleiht und zum anderen einen größeren ra dialen Bauraum erfordert. Die an der Sensoreinrichtung an geschlossenen elektrischen Leitungen müssen in der Umgebung zu einer zentralen Auswerteeinheit geführt werden. Zur Ver meidung dieser Nachteile ist es aus der DE 197 03 903 A1 bereits bekannt, eine Sensoreinrichtung mit magnetfeldemp findlichen Sensoren in axialer Verlängerung zu einem die Lage desselben zu detektierenden zylinderförmigen Teils an zuordnen. 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 langgestreck ten Teiles zu erfassen. Die Erfassung der axialen Lage ins besondere eines Kolbens ist aus dieser bekannten Vorrich tung nicht entnehmbar.A disadvantage of the known device is that the Zylin that due to the attachment of the sensor element to the Au unwanted overhangs on the outside of the cylinder barrel shows that the cylinder has an asymmetrical upper surface contour and secondly a larger ra dialing installation space required. The on the sensor device Closed electrical lines must be in the area to a central evaluation unit. Ver Avoiding these disadvantages is known from DE 197 03 903 A1 already known, a sensor device with magnetic field sensitive sensors in an axial extension to the Position of the same cylindrical part to be detected assign. In the known part to be detected however, it is a steering shaft of a steering wheel for Motor vehicles in which the angle of rotation of the same is detected shall be. However, this known sensor device is only suitable for twisting an elongated th part. The detection of the axial position ins special of a piston is from this known Vorrich not removable.

Aus der DE 195 45 923 A1 ist eine Vorrichtung zur Erfassung der Lage eines Kolbens in einem Zylinder mit einer Kolben stange bekannt, die mit einer Bohrung versehen ist, in der eine Meßstange angeordnet ist. Weiterhin ist ein festste hendes Sensorelement vorgesehen, das die Meßstange inner halb der Bohrung der Kolbenstange umfaßt. Durch relative Verschiebung der Meßstange zu dem feststehenden Sensorele ment wird auf induktivem Wege ein Sensorsignal in Abhängig keit von der Verschiebung der Kolbenstange erzeugt. Die be kannte Vorrichtung ist relativ aufwendig und erfordert ei nen relativ großen Bauraum, da zum einen die Meßstange in nerhalb der Bohrung mit der Kolbenstange fest verbunden sein muß und zum anderen Mittel vorgesehen sein müssen, daß eine reibungsarme Verschiebbarkeit des feststehenden Senso relementes relativ zu der Meßstange und der Kolbenstange gewährleistet ist. Ferner muß eine ausreichende Abdichtung des feststehenden Sensorelementes zu dem Innenraum des Zy linders vorgesehen sein.DE 195 45 923 A1 describes a device for detection the position of a piston in a cylinder with a piston rod known, which is provided with a bore in the a measuring rod is arranged. It is also the most solid Hanging sensor element provided that the measuring rod inside half of the bore of the piston rod. By relative Displacement of the measuring rod to the fixed sensor element a sensor signal is dependent on induction speed generated by the displacement of the piston rod. The be Known device is relatively complex and requires egg NEN relatively large space, because on the one hand the measuring rod in firmly connected to the piston rod within the bore must and must be provided, on the other hand, that a smooth movement of the fixed Senso relementes relative to the measuring rod and the piston rod is guaranteed. Adequate sealing must also be provided of the fixed sensor element to the interior of the Zy be provided.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vor richtung zur Erfassung der Lage eines Kolbens in einem Zy linder derart weiterzubilden, daß die Lage des Kolbens auf einfache Weise und zuverlässig erfaßt werden kann, wobei ein möglichst geringer Bauraumbedarf gewährleistet ist. The object of the present invention is therefore to provide a direction for detecting the position of a piston in a cy linder further develop such that the position of the piston can be detected easily and reliably, wherein the smallest possible space requirement is guaranteed.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekenn zeichnet, daß die Sensoreinrichtung ein mit dem feststehen den Sensorelement in Wirkverbindung stehendes bewegliches Sensorelement (Drehelement) aufweist, das fest mit der Meß stange verbunden ist, und daß die Meßstange in Längsrich tung derselben eine steigungsgroße Verwindung aufweist, so daß in Abhängigkeit von der Längsbewegung der Kolbenstange die Meßstange um einen Drehwinkel ϕ zwangsgeführt ist zur Erzeugung eines elektrischen Sensorsignals in der Sen soreinrichtung.To achieve this object, the invention is in connection characterized by the preamble of claim 1 records that the sensor device is fixed with one movable sensor element operatively connected Sensor element (rotary element), which is fixed to the measuring rod is connected, and that the measuring rod in the longitudinal direction tion has a slope-sized twist, so that depending on the longitudinal movement of the piston rod the measuring rod is positively guided by an angle of rotation ϕ Generation of an electrical sensor signal in the Sen device.

Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch die Ausbildung der Meßstange mit einer steigungsgro ßen Verwindung auf einfache Weise eine ausreichend genaue Längsbewegung des Kolbens detektierbar ist. Grundgedanke der Erfindung ist es, die translatorische Bewegung der Kol benstange für eine rotatorische Bewegung einer in der Kol benstange angeordneten Meßstange zu nutzen. Dadurch, daß die Meßstange mit einer steigungsgroßen Verwindung ausge bildet ist, weisen die relativ zueinander beweglichen Tei le, nämlich die Meßstange und die Kolbenstange, einen ein fachen und robusten Aufbau auf. Ferner ist die Meßstange geeignet, schnelle Bewegungen der Kolbenstange aufzunehmen bzw. umzusetzen.The particular advantage of the invention is that through the formation of the measuring rod with a gradient torsion in a simple way is sufficiently accurate Longitudinal movement of the piston is detectable. Basic idea the invention is the translational movement of the Kol rod for a rotary movement of one in the col ben rod arranged to use measuring rod. As a result of that the measuring rod with a pitch-sized twist is formed, the relatively movable parts have le, namely the measuring rod and the piston rod, one fold and robust construction. Furthermore, the measuring rod suitable for absorbing rapid movements of the piston rod or implement.

Vorteilhaft ist eine Sensoreinrichtung im Bereich eines stirnseitigen Endes des Meßstange angeordnet, so daß die Sensoreinrichtung in einem Randbereich eines unter Druck stehenden Raumes angeordnet sein kann. Zum einen kann da durch die Beanspruchung der empfindlichen Sensorbauelemente verringert werden, zum anderen wird durch die Randlage der Sensoreinrichtung die Funktion des Gegenstandes nur in ge ringem Maße beeinflußt. Außerdem ist eine gute Zugänglich keit der Sensoreinrichtung gegeben.A sensor device in the area of a is advantageous arranged front end of the measuring rod so that the Sensor device in an edge area of one under pressure standing space can be arranged. For one thing, there due to the stress on the sensitive sensor components be reduced, on the other hand, by the edge of the Sensor device the function of the object only in ge little affected. It is also easily accessible speed of the sensor device.

Vorteilhaft kann allein durch die Ausbildung der Meßstange der Meßbereich bzw. die Meßauflösung vorgegeben werden. Der Gegenstand braucht lediglich eine Bohrung mit einem Öff nungsquerschnitt aufweisen, der zur Kontur der Meßstange im Querschnitt korrespondiert.Can be advantageous solely by the design of the measuring rod the measuring range or the measuring resolution can be specified. The The object only needs a hole with an opening nungsquerschnitt, the contour of the measuring rod in Cross-section corresponds.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich die steigungsgroße Verwindung schraubenförmig im wesentlichen entlang eines Umfangswinkels von 360°. Hierdurch läßt sich auf einfache Weise eine eindeutige Abhängigkeit des Ver drehwinkels der Meßstange von der Längsbewegung der Kolben stange erzielen.According to a preferred embodiment, the essentially helical twist along a circumferential angle of 360 °. This allows a simple dependency of the Ver Angle of rotation of the measuring rod from the longitudinal movement of the pistons achieve pole.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Meßstange koaxial zu der Kolbenstange ausgerichtet. Hierdurch kann ein rotationssymmetrischer Aufbau der Kolbenstange und der diese umgebenden Bauteile aufrechterhalten werden.According to a development of the invention, the measuring rod aligned coaxially to the piston rod. This can a rotationally symmetrical structure of the piston rod and these surrounding components are maintained.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Meßstange auf einer der Kolbenstange abgewandten Seite ein Drehele ment auf. Das Drehelement kann beispielsweise als Drehpo tentiometer ausgebildet sein, das in Abhängigkeit von der Längsverschiebung der Kolbenstange ein elektrisches Span nungssignal bewirkt.According to a development of the invention, the measuring rod on one side facing away from the piston rod a Drehele ment on. The rotating element can, for example, as a rotary po be formed tentiometer depending on the Longitudinal displacement of the piston rod creates an electrical chip effect signal.

Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Drehelement als Dauermagnet ausgebildet, der in ei nem fest mit der Meßstange verbundenen Anschlußelement ge lagert ist. Im Zusammenwirken mit dem feststehenden Senso relement der Sensoreinrichtung läßt sich hierdurch eine be rührungslose Messung des Weges der Kolbenstange erzielen.According to a preferred embodiment of the invention the rotating element is designed as a permanent magnet, which in egg nem fixed to the measuring rod connecting element ge is stored. In cooperation with the fixed Senso Relement of the sensor device can be a achieve non-contact measurement of the piston rod travel.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Meßstange nur im Bereich der randseitigen Enden eine Ver windung aufweisen. Diese Ausführungsform eignet sich insbe sondere zur Endlagendämpfung der Kolbenstange.According to a further embodiment of the invention, the Measuring rod only in the area of the edge ends a Ver have a winding. This embodiment is particularly suitable especially for cushioning the piston rod.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Sensoreinrich tung weist dieselbe feststehende Sensorelemente als Hall- Sensorelemente auf, die in Umfangsrichtung verteilt inner halb eines tellerförmigen Sensorgehäuses eingefaßt sind. Das Sensorgehäuse ist koaxial zur Meßstange ausgerichtet und weist eine Ausnehmung auf, in die ein zylinderförmiges Anschlußelement der Meßstange eingreift und drehbar in der selben gelagert ist. Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist die Sensoreinrichtung drei versetzt um einen konstan ten Winkel in einer Ebene angeordnete Sensorelemente auf, die in Wirkverbindung mit einem einzigen Dauermagneten der Meßstange stehen. Hierdurch wird eine eindeutige Zuordnung des Drehwinkels zu der Weglänge des Kolbens geschaffen.According to a preferred embodiment of the sensor device device has the same fixed sensor elements as Hall Sensor elements on the inner circumferentially distributed half of a plate-shaped sensor housing are enclosed. The sensor housing is aligned coaxially to the measuring rod and has a recess into which a cylindrical Connecting element of the measuring rod engages and rotates in the same is stored. According to a preferred embodiment the sensor device has three offset by a constant sensor elements arranged in one plane, in operative connection with a single permanent magnet Measuring rod. This makes a unique assignment of the angle of rotation to the path length of the piston.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weite ren Unteransprüchen.Further advantages of the invention result from the wide ren subclaims.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an hand der Zeichnungen näher erläutert.An embodiment of the invention is described below hand of the drawings explained in more detail.

Es zeigen: Show it:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Acker schleppers mit hydraulisch betätigter Front schaufel in einer oberen und in einer unteren Stellung der Frontschaufel, Fig. 1 is a schematic side view of a tractor with hydraulically actuated front shovel in an upper and in a lower position of the front blade,

Fig. 2 einen Längsschnitt eines Stellzylinders gemäß Fig. 1 in einer Einfahrposition, Fig. 2 is a longitudinal section of an actuating cylinder according to Fig. 1 in a retracted position,

Fig. 3 einen Stellzylinder gemäß Fig. 1 in einer Aus fahrposition, Figure 3 traveling position. An actuating cylinder according to Fig. 1 in an off,

Fig. 4 einen Teilschnitt X aus Fig. 2 in vergrößerter Darstellung, Fig. 4 is a partial section X of Fig. 2 in an enlarged scale;

Fig. 5 eine alternative Ausführungsform einer federnden Nase eines Dämpfungszapfens gemäß Fig. 4, Fig. 5 shows an alternative embodiment of a resilient nose of a damper pin according to Fig. 4,

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Meßstange nach einer ersten Ausführungsform und Fig. 6 is a schematic representation of a measuring rod according to a first embodiment and

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Meßstange nach einer zweiten Ausführungsform. Fig. 7 is a schematic representation of a measuring rod according to a second embodiment.

Ein in Fig. 1 schematisch dargestellter Ackerschlepper 1 weist eine Frontschaufel 2 zum Heben, Transportieren und Laden von Gütern auf, die mittels paarweise angeordneter erster Stellzylinder 3 sowie zweiter Stellzylinder 4 betä tigbar ist. Die ersten Stellzylinder 3 dienen zum Heben und Senken der Schaufel 2. Die zweiten Stellzylinder 4 dienen zum Verschwenken der Frontschaufel 2. A tractor 1 shown schematically in FIG. 1 has a front shovel 2 for lifting, transporting and loading goods, which can be actuated by means of a pair of first actuating cylinders 3 and second actuating cylinders 4 . The first actuating cylinders 3 serve to raise and lower the blade 2 . The second actuating cylinders 4 serve to pivot the front blade 2 .

Die Stellzylinder 3, 4 sind als Hydraulikzylinder und im wesentlichen gleichartig ausgebildet. Beispielsweise wird im folgenden die Betätigung der zweiten Stellzylinder 4 in Verbindung mit den Fig. 2 und 3 näher beschrieben. Die zweiten Stellzylinder 4 dienen zum Verstellen der gelenkig an einem ersten Arm 5 angeordneten Frontschaufel 2. An die sen ersten Arm 5 schließt sich zu der Karosserie des Acker schleppers 1 hin ein gelenkig angeordneter zweiter Arm 6 an.The actuating cylinders 3 , 4 are designed as hydraulic cylinders and are essentially of the same type. For example, the actuation of the second actuating cylinder 4 is described in more detail below in connection with FIGS . 2 and 3. The second actuating cylinders 4 are used for adjusting the articulated arranged on a first arm 5 Front blade. 2 At the sen first arm 5 is connected to the body of the tractor 1 towards an articulated second arm 6 .

In einer Einfahrstellung des Stellzylinders 4 gemäß Fig. 2 befindet sich die Frontschaufel 2 in einer Transportpositi on, während sie sich in einer Ausfahrstellung des Stellzy linders 4 gemäß Fig. 3 in einer Auskippositon befindet.In a retracted position of the actuating cylinder 4 shown in FIG. 2 is the front blade 2 in a Transportpositi on while it is in an extended position of the Stellzy Linders 4 according to Fig. 3 in a Auskippositon.

Der Stellzylinder 4 weist ein Zylinderrohr 7 auf, in dem ein Kolben 8 längsverschieblich gelagert ist. Der Kolben 8 ist fest mit einer Kolbenstange 9 verbunden. Die Kolben stange 9 weist an einem ersten stirnseitigen Ende ein Ge lenkauge 10 auf, das mit einem Schaufelgelenkteil 11 gelen kig 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 ge führt ist. Die Kolbenstange 9 ist hohlgebohrt ausgebildet und liegt mit dem Führungselement 45 umfangsseitig an der Meßstange 13 an.The actuating cylinder 4 has a cylinder tube 7 in which a piston 8 is mounted so as to be longitudinally displaceable. The piston 8 is firmly connected to a piston rod 9 . The piston rod 9 has at a first end face a Ge steering eye 10 , which is connected to a blade joint part 11 gel kig. The piston rod 9 has a central bore 12 and at an end facing away from the hinge eye 10 a guide element 45 so that a measuring rod 13 is movable as a measuring element relative to the piston rod 9 . The piston rod 9 is hollow and bears with the guide element 45 on the circumferential side of the measuring rod 13 .

Die Meßstange 13 weist über die gesamte Länge eine stei gungsgroße Verwindung 14 auf, die sich entlang eines Um fangswinkels von 360° über die gesamte Länge der Meßstange erstreckt, siehe Fig. 6. 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 zuge wandten Stirnseite 16 hin kontinuierlich und schraubenför mig (wendelförmig) einen Umfangswinkel von 360° überstrei chen.The measuring rod 13 has over the entire length a sti supply twist 14 which extends along a circumferential angle of 360 ° over the entire length of the measuring rod, see Fig. 6. Preferably, the measuring rod 13 is rectangular in cross section, the edges chen of the rectangle in each case from one of the piston rod 9 to a front side facing away from 15 the piston rod 9 facing end face 16 continuously towards and schraubenför mig (helically) a circumferential angle of 360 ° überstrei.

Zur Stirnseite 15 der Meßstange 13 hin ist ein schematisch in Fig. 4 dargestellter Dauermagnet 19 in einem mit der Meßstange 13 fest verbundenen Anschlußelement 20 eingefaßt. Dieses Anschlußelement 20 ist drehbeweglich in einer radia len Ausnehmung 21 eines drehfest in dem Zylinderboden 18 gelagerten Sensorgehäuses 22 gelagert.Toward the end face 15 of the measuring rod 13 , a permanent magnet 19, shown schematically in FIG. 4, is enclosed in a connecting element 20 which is firmly connected to the measuring rod 13 . This connecting element 20 is rotatably mounted in a radia len recess 21 of a rotatably mounted in the cylinder bottom 18 sensor housing 22 .

Das Sensorgehäuse 22 weist zwei versetzt zueinander ange ordnete Sensorelemente 24 auf, die jeweils in einem radia len Abstand zu dem Dauermagneten 19 innerhalb des Sensorge häuses 22 angeordnet sind. Diese liefern in Abhängigkeit von dem Magnetfeld des Dauermagneten 19 ein Sensorsignal, das in einer Auswerteelektronik ausgewertet und als Steuer signal zu einer zentralen Steuereinheit übertragen werden kann. Die Auswerteelektronik ist vorzugsweise jeweils einem Sensorelement 24 zugeordnet und mit diesem zusammen in ei ner Baueinheit innerhalb des Sensorgehäuses 22 angeordnet. Das Sensorgehäuse 22 besteht aus einem nicht magnetisierba ren Material, in dem die Sensorelemente 24 eingefaßt sind. Vorzugsweise ist das Sensorelement 24 als ein nach dem Hall-Prinzip arbeitendes Hall-Sensorelement ausgebildet.The sensor housing 22 has two mutually offset sensor elements 24 , which are each arranged at a radial distance to the permanent magnet 19 within the sensor housing 22 . Depending on the magnetic field of the permanent magnet 19, these deliver a sensor signal which can be evaluated in an electronic evaluation unit and transmitted as a control signal to a central control unit. The evaluation electronics are preferably each assigned to a sensor element 24 and arranged together with this in a single unit within the sensor housing 22 . The sensor housing 22 consists of a non-magnetizable material in which the sensor elements 24 are enclosed. The sensor element 24 is preferably designed as a Hall sensor element working according to the Hall principle.

Der Zylinderboden 18 weist ein Gelenkauge 25 auf, mittels dessen er an einem Gelenkteil 26 gelenkig verbunden ist. Zur Betätigung des Stellzylinders 4 weist dieser einen er sten Hydraulikanschluß 27 im Zylinderboden 18 und einen zweiten Hydraulikanschluß 28 in einem fest mit dem Zylin derrohr 7 verbundenen Zylinderkopf 29 auf. Durch diese An schlüsse 27, 28 wird eine Hydraulikflüssigkeit in den Zy linderinnenraum zu- bzw. abgeführt. Bei Druckbeaufschlagung des Zylinders 4 wird die Kolbenstange 9 in Längsrichtung bewegt, wobei die Meßstange 13 entsprechend der Orientie rung der Verwindung 14 (in eine vorgegebene Drehrichtung 32) verdreht wird.The cylinder base 18 has an articulated eye 25 , by means of which it is articulated to an articulated part 26 . For the actuation of the actuating cylinder 4, this includes a he most hydraulic connection 27 in the cylinder bottom 18 and a second hydraulic connection 28 in a fixed derrohr with the associated cylinder head 7 Zylin 29th Through these connections 27 , 28 , a hydraulic fluid is supplied to and discharged from the cylinder interior. When the cylinder 4 is pressurized, the piston rod 9 is moved in the longitudinal direction, the measuring rod 13 being rotated according to the orientation of the twist 14 (in a predetermined direction of rotation 32 ).

Nach einer weiteren Ausführungsform der Sensoreinrichtung können in dem Sensorgehäuse auch drei gleichmäßig in Um fangsrichtung angeordnete Sensorelemente in einem Außenring des Sensorgehäuses 22 angeordnet sein. Durch die gleichzei tige Bereitstellung von drei Sensorsignalen wird eine ein deutige Bestimmung der Lage des Kolbens 8 verwirklicht. Da durch, daß sich die Verwindung 14 lediglich über einen Ver drehwinkel von 360° erstreckt, können mehrere Zwischenstel lungen des Kolbens 8 - nicht nur die Endstellungen gemäß Fig. 2 und 3 - detektiert werden.According to a further embodiment of the sensor device, three sensor elements arranged uniformly in the circumferential direction can also be arranged in an outer ring of the sensor housing 22 in the sensor housing. By the simultaneous provision of three sensor signals, a clear determination of the position of the piston 8 is realized. Since by that the twist 14 extends only over a Ver rotation angle of 360 °, several intermediate positions of the piston 8 - not only the end positions according to FIGS. 2 and 3 - can be detected.

Wie besser aus Fig. 4 ersichtlich ist, ist die Meßstange 13 mittels eines Querbolzens 17 mit dem Anschlußelement 20 verbunden. Der Bolzen 17 ist in einer Querbohrung der Meß stange 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 An schlußelement 20 weist auf einer der Meßstange 13 zugewand ten 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 Ring element 34 ein Endabschnitt 37 an, der zusammen mit dem Ring element 34 in dem Zylinderboden 18 positioniert ist. Der Endabschnitt 37 weist den Dauermagneten 19 auf.As can be seen better from FIG. 4, the measuring rod 13 is connected to the connecting element 20 by means of a transverse bolt 17 . The bolt 17 is mounted in a transverse bore of the measuring rod 13 . The connecting element 20 is plate-shaped and has a ring element 34 which is supported on a shoulder 35 of the cylinder base 18 . On the connecting element 20 has on a side of the measuring rod 13 th side a recess 36 in which the front end 15 of the measuring rod 13 can engage. On one of the measuring rod 13 facing away from side joins the ring member 34, an end portion 37 on which is element together with the ring positioned in the cylinder bottom 18 34th The end section 37 has the permanent magnet 19 .

Auf der der Meßstange 13 abgewandten Rückseite des Sensor gehäuses 22 ist ein Halteelement 38 vorgesehen, mittels dessen das Sensorgehäuse 22 und das Ringelement 34 des An schlußelementes 20 gegen den Absatz 35 gedrückt werden. Das Halteelement 38 ist vorzugsweise als Haltering ausgebildet und dient zur lösbaren Befestigung des Sensorgehäuses 22 bzw. des Anschlußelementes 20 sowie der Meßstange 13 inner halb des Zylinderrohres 7. Das Sensorgehäuse 22 wird von einer Dichtung 39 umfaßt, die gegen axiale Wände 40 des Zy linderbodens 18 gepreßt werden.On the measuring rod 13 facing away from the sensor housing 22 , a holding element 38 is provided, by means of which the sensor housing 22 and the ring member 34 of the connection element 20 are pressed against the paragraph 35 . The holding element 38 is preferably designed as a retaining ring and is used for releasably fastening the sensor housing 22 or the connecting element 20 and the measuring rod 13 inside the cylinder tube 7th The sensor housing 22 is comprised of a seal 39 , which are pressed against axial walls 40 of the cylinder bottom 18 Zy.

Das Sensorgehäuse 22 und das Anschlußelement 20 bestehen aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere Messing, in nerhalb dessen das Sensorelement 24 bzw. der Dauermagnet 19 eingefaßt sind.The sensor housing 22 and the connecting element 20 consist of a metallic material, in particular brass, within which the sensor element 24 or the permanent magnet 19 are enclosed.

Auf einer dem Sensorgehäuse 22 zugewandten Seite ist die Kolbenstange 9 als Dämpfungszapfen 41 ausgebildet. Der Dämpfungszapfen 41 erstreckt sich in einer gemäß Fig. 2 dargestellten Endstellung in einem Verengungsabschnitt 42 des Zylinderrohres 7 und ermöglicht eine Endlagendämpfung des Kolbens 8 in der Einfahrstellung desselben.The piston rod 9 is designed as a damping pin 41 on a side facing the sensor housing 22 . The damping pin 41 extends in an end position shown in FIG. 2 in a constricting section 42 of the cylinder tube 7 and enables end position damping of the piston 8 in the retracted position thereof.

An einem freien Ende des Dämpfungszapfens 41 ist das Füh rungselement 45 reib- oder kraftschlüssig eingesetzt und weist eine federnde Nase 43 auf, die radial nach innen ge gen die Meßstange 13 drückt. Die Nase 43 kann aus einem steifen Kunststoffmaterial bestehen. Die Kontur des Füh rungselementes 45 korrespondiert zur Kontur der Meßstange 13. Sie kann polygonförmig, vorzugsweise viereckig, ausge bildet sein. Das Führungselement 45 ist koaxial zur Kolben stange 9 ausgerichtet.At a free end of the damping pin 41 , the guide element 45 is frictionally or non-positively inserted and has a resilient nose 43 which presses the measuring rod 13 radially inward. The nose 43 can consist of a rigid plastic material. The contour of the guiding element 45 corresponds to the contour of the measuring rod 13 . It can be polygonal, preferably quadrangular, forms out. The guide element 45 is aligned coaxially to the piston rod 9 .

Nach einer Ausführungsform gemäß Fig. 5 kann das Führungs element 45 einstückig mit dem Dämpfungszapfen 41 verbunden sein und weist eine nach innen umgelenkte Dichtlippe 44 auf, die sich an die Umfangsfläche der Meßstange 13 an schmiegt.According to one embodiment shown in FIG. 5, the guide element may be integrally connected to the damping pin 41 and 45 has a deflected inwardly sealing lip 44 which hugs the circumferential surface of the measuring rod 13 at.

Dadurch, daß die Meßstange 13 ortsfest angeordnet ist und eine entsprechend Fig. 6 geformte Verwindung 14 aufweist, wird die Meßstange 13 bei axialer Verschiebung des Kolbens 8 bzw. der Kolbenstange 9 um die Längsachse der Kolbenstan ge 9 um einen Drehwinkel ϕ verdreht, so daß ein entspre chendes winkelabhängiges Sensorsignal in dem Sensorgehäuse 22 ausgelöst wird. Dieses wird in der Auswerteeinheit aus gewertet, wobei durch eine Kennlinie die Beziehung zwischen dem transatorischen Weg des Kolbens 8 bzw. der Kolbenstange 9 und dem Drehwinkel ϕ der Meßstange 13 festgelegt ist. Es wird somit ein die Positionierung der Kolbenstange 9 bzw. die Wegänderung derselben repräsentierendes Meßsignal ge bildet.Characterized in that the measuring rod 13 is arranged in a stationary manner and has a torsion 14 shaped in accordance with FIG. 6, the measuring rod 13 is rotated by an angle of rotation ϕ with an axial displacement of the piston 8 or the piston rod 9 about the longitudinal axis of the piston rod 9 , so that a corre sponding angle-dependent sensor signal is triggered in the sensor housing 22 . This is evaluated in the evaluation unit, the relationship between the transitory path of the piston 8 or the piston rod 9 and the angle of rotation ϕ of the measuring rod 13 being determined by a characteristic curve. There is thus a positioning signal representing the positioning of the piston rod 9 or the change in displacement thereof.

Die steigungsgroße Verwindung 14 der Meßstange 13 weist ei nen zur Längsrichtung der Meßstange 13 bildenden Steigungs winkel α von mindestens 70°, vorzugsweise 76° auf. Vorzugs weise sollte der Steigungswinkel α nicht einen Hemmwinkel β von 76° unterschreiten. Hierdurch wird eine Leichtgängig keit in der Relativbewegung zwischen der Meßstange 13 und der Kolbenstange 9 gewährleistet, wobei die translatorische Bewegung der Kolbenstange 9 reibungsarm in einer rotatori schen Bewegung der Meßstange 13 umgesetzt wird.The gradient-sized torsion 14 of the measuring rod 13 has egg NEN to the longitudinal direction of the measuring rod 13 forming angle of inclination α of at least 70 °, preferably 76 °. The slope angle α should preferably not fall below an inhibition angle β of 76 °. This ensures smooth movement in the relative movement between the measuring rod 13 and the piston rod 9 , the translational movement of the piston rod 9 being implemented with low friction in a rotatory movement of the measuring rod 13 .

Dadurch, daß die Meßstange 13 durch den Querbolzen 17 in Längsrichtung arretiert ist, kann zusätzlich eine Entkopp lung 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.Characterized in that the measuring rod 13 is locked in the longitudinal direction by the cross bolt 17 , an additional decoupling between the connecting element 20 on the one hand and the measuring rod 13 on the other hand. For non-parallel alignment of the measuring rod 13 and the connecting element 20, a compensation can be accomplished automatically by pivoting about the pin axis of the pin 17th

Nach einer zweiten Ausführungsform der Meßstange 13 gemäß Fig. 7 ist eine Meßstange 45 vorgesehen, die jeweils im Bereich der stirnseitigen Enden eine Verwindung 46 aufwei sen. Die Verwindungen 46 überstreichen jeweils einen Um fangswinkel von 180°, so daß über die gesamte Länge der Meßstange 45 eine eindeutige Zuordnung gegeben ist. Diese Meßstange 45 dient zur Positionsbestimmung der Kolbenstange in einem Endbereich derselben. Vorzugsweise kann die Meß stange 45 zur Endlagendämpfung eingesetzt werden. Nach ei ner weiteren nicht dargestellten Ausführungsform kann die Verwindung auch in einem beliebigen Bereich der Meßstange angeordnet sein. Die Anordnung kann abhängig von der Ver wendung der Kolbenstange 9 bzw. des Kolbens 8 sein. Der Meßbereich wird daher allein durch die Formgebung der Meß stange festgelegt.According to a second embodiment of the measuring rod 13 according to FIG. 7, a measuring rod 45 is provided, each of which has a twist 46 in the region of the front ends. The twists 46 sweep over a circumferential angle of 180 °, so that a clear assignment is given over the entire length of the measuring rod 45 . This measuring rod 45 is used to determine the position of the piston rod in an end region thereof. Preferably, the measuring rod 45 can be used for cushioning. According to a further embodiment, not shown, the torsion can also be arranged in any region of the measuring rod. The arrangement can be dependent on the use of the piston rod 9 or the piston 8 . The measuring range is therefore determined solely by the shape of the measuring rod.

Vorzugsweise zum Ausgleich von Hysteresefehlern infolge der Toleranzen in axialer Richtung des Anschlußelement 20, der Meßstange 13 und der Kolbenstange 9 wird einmalig vor Be ginn der Messung eine Kalibrierung der Auswerteelektronik durchgeführt. Diese Hysteresefehler würden sich insbesonde re 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 abgespei chert. Nach Aufnahme dieser Kennlinie kann der Hysterese fehler berücksichtigt werden und der gemessene Sensorwert in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung der Kolbenstange 9 entsprechend dem ermittelten Hysteresefehler korrigiert werden. Dieser Kalibriervorgang wird einmalig bei Montage der Sensoreinrichtung bzw. der Meßstange 13 vorgenommen.Preferably to compensate for hysteresis errors due to the tolerances in the axial direction of the connecting element 20 , the measuring rod 13 and the piston rod 9 , a calibration of the evaluation electronics is carried out once before the measurement starts. These hysteresis errors would in particular have a negative effect on the measurement result when the direction of the piston rod 9 is reversed. A reference measurement is therefore carried out, in which the piston rod 9 is moved over the entire length in one and then in the other direction. A rotation angle characteristic curve is recorded depending on the path and stored in the evaluation electronics. After recording this characteristic, the hysteresis error can be taken into account and the measured sensor value can be corrected depending on the direction of movement of the piston rod 9 in accordance with the determined hysteresis error. This calibration process is carried out once when the sensor device or the measuring rod 13 is installed .

Die Meßstange 13 und die Kolbenstange 9 können aus einem metallischen Werkstoff oder aus einem Kunststoff ausgebil det sein.The measuring rod 13 and the piston rod 9 can be ausgebil det from a metallic material or from a plastic.

Claims

1. A device for detecting the position of a piston in a cylinder, in particular a pressure medium cylinder, with a piston rod having a bore in which a measuring rod is arranged, and with a sensor device having a fixed sensor element, characterized in that the sensor device has a the fixed sensor element ( 24 ) in active connection movable sensor element ( 19 ) which is fixedly connected to the measuring rod ( 13 ), and that the measuring rod ( 13 ) in the longitudinal direction of the same has a stiffness-sized twist ( 14 ), so that in Depending on the longitudinal movement of the piston rod ( 9 ), the measuring rod ( 13 ) is positively guided by an angle of rotation (ϕ) to generate an electrical sensor signal in the sensor device.

2. Device according to claim 1, characterized in that the measuring rod ( 13 ) directed coaxially to the piston rod ( 9 ) and by means of a fixedly connected to the piston rod ( 9 ) guide element ( 45 ) rotatably guided about a longitudinal axis of the piston rod ( 9 ) is.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the sensor device in the region of an end face ( 15 ) of the measuring rod ( 13 ) is arranged and that the fixed sensor element ( 24 ) Chen in wesentli at a radial distance from the movable Senso relement ( 1 ) is aligned.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the pitch-sized twist ( 14 ) of the measuring rod ( 13 ) extends helically substantially along a circumferential angle of 360 °.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the pitch-large twist ( 14 ) has a pitch angle (α) in a range of at least 70 °.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized characterized in that the pitch angle (α) is greater than is an inhibition angle (β) of 76 °.

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the pitch-sized twist ( 14 ) extends over the entire length of the measuring rod ( 13 ) and that the length of the measuring rod ( 13 ) corresponds to the length of the piston rod ( 9 ) .

8. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the measuring rod ( 13 ) each in the Be rich opposite ends ( 15 , 16 ) has a twist ( 14 ) which extends along a circumferential angle which is less than 360 ° , extends.

9. The device of claims 1 to 8, characterized in that the length of the measuring rod (13) corresponds to one to the stroke of the piston rod (9) rigidly connected to the piston (8) and / or the length of the piston rod (9).

10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the contour of the measuring rod ( 13 ) and the outer contour of the guide element ( 45 ) correspond to each other.

11. Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the contour of the measuring rod ( 13 ) and the outer contour of the guide element ( 45 ) in cross section are polygonal, in particular rectangular.

12. The device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the guide element ( 45 ) at a free end has a radially inwardly orientated resilient nose ( 43 ) which rests annularly on the peripheral surface of the measuring rod ( 13 ) .

13. Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the nose ( 43 ) is hook-shaped ausgebil det with a in the direction of the measuring rod ( 13 ) on the peripheral surface of the same sealing lip pe ( 44 ).

14. The device according to one of claims 1 to 13, characterized in that the guide element ( 45 ) is integrally connected to one of the sensor housing ( 22 ) facing side of the piston rod ( 9 ) adjoining damping pin ( 41 ).

15. The device according to one of claims 1 to 14, characterized in that the movable sensor element is designed as a permanent magnet ( 19 ) which is bordered in a at the front end ( 15 ) of the measuring rod ( 13 ) at closing connecting element ( 20 ) .

16. The device according to one of claims 1 to 15, characterized in that the connecting element ( 20 ) on a cylinder base ( 18 ) facing side of the measuring rod ge ( 13 ) connects the same.

17. The device according to one of claims 1 to 16, characterized in that the sensor device comprises a sensor housing ( 22 ) with a on the piston rod ( 9 ) th side having recess ( 21 ).

18. Device according to one of claims 1 to 17, characterized in that the connecting element ( 20 ) is rotatably mounted about the longitudinal axis of the measuring rod ( 13 ) in the recess ( 21 ).

19. Device according to one of claims 1 to 18, characterized in that the fixed sensor element ( 24 ) is designed as a magnetic field sensitive sensor element.

20. Device according to one of claims 1 to 19, characterized in that the sensor element ( 24 ) is designed as a Hall sensor element and that in the sensor housing ( 22 ) an evaluation electronics is integrated.

21. The device according to one of claims 1 to 20, characterized in that on one of the measuring rod ( 13 ) abge facing back of the sensor housing ( 22 ) a holding element ( 38 ) is provided for releasable attachment of the sensor housing ( 22 ) in the cylinder bottom ( 18 ).

22. The device according to one of claims 1 to 21, characterized in that the permanent magnet ( 19 ) is aligned at the front end ( 15 ) of the measuring rod ( 13 ) that the magnetic axis of the permanent magnet ( 19 ) perpendicular to the longitudinal axis of the measuring rod ( 13 ) stands, and that two sensor elements ( 24 ) are offset from one another at a radial distance from the permanent magnet ( 19 ) within the sensor housing ( 22 ).

23. Device according to one of claims 1 to 22, characterized in that the measuring rod ( 13 ) is releasably connected to the connecting element ( 20 ) by means of a bolt ( 17 ) extending transversely to the longitudinal axis thereof.

24. The device according to one of claims 1 to 23, characterized in that the measuring rod ( 13 ) by means of the in a transverse bore of the measuring rod ( 13 ) mounted bolt ( 17 ) is articulated to the connecting element ( 20 ).

25. Device according to one of claims 1 to 24, characterized in that the connecting element ( 20 ) is tellerför shaped with a ring element ( 34 ) that is based on a shoulder ( 35 ) of the cylinder base ( 18 ).

26. The device according to one of claims 1 to 25, characterized in that the connecting element ( 20 ) has a central recess ( 36 ) for receiving the front end ( 15 ) of the measuring rod ( 13 ).

27. The device according to one of claims 1 to 26, characterized in that the sensor housing ( 22 ) is associated with a sealing seal ( 39 ) which presses against axial walls ( 40 ) of the cylinder base ( 18 ).