EP1070856A1

EP1070856A1 - Piston position indicator

Info

Publication number: EP1070856A1
Application number: EP00114195A
Authority: EP
Inventors: Herbert Kleine; Stephan Berkemann
Original assignee: Claas Industrietechnik GmbH
Current assignee: Claas Industrietechnik GmbH
Priority date: 1999-07-19
Filing date: 2000-07-14
Publication date: 2001-01-24
Anticipated expiration: 2020-07-14
Also published as: DK1070856T3; EP1070856B1; DE19933073A1; ATE296964T1; DE50010436D1

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, 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.The invention relates to 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, depending on the longitudinal movement the piston rod positively guides the measuring rod by an angle of rotation and the Rotation angle converted into an electrical sensor signal by means of a sensor device becomes.

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.It is known for the non-contact measurement of paths and angles inductive transducers to use. For example, the axial displacement of a shaft can be measured inductively become. The inductive transducer can be installed in a cylinder chamber be within which the shaft is slidably guided. A disadvantage of this measurement method is that connections of the transducer through special bushings from the cylinder space must be led outside. Especially in rooms under pressure the use of this known device is relatively complex.

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.It is also used to detect the position of a piston in a cylinder under pressure known to attach a sensor device on an outer surface of the cylinder tube. This sensor device works with one inside the cylinder on a peripheral surface the permanent magnet attached to the piston. Because the cylinder barrel or the cylinder wall consists of a magnetic material, a switching signal on a fixed magnetic field sensitive attached to the outside of the cylinder tube Sensor element generated as soon as the piston with the permanent magnet in the area of the sensor element is moved. The switching signal thus obtained can be in one downstream electronic evaluation unit for recognizing the position of the piston in the cylinder can be evaluated. A disadvantage of the known device is that the Cylinder due to the attachment of the sensor element on the outside of the cylinder tube unwanted projections, which the cylinder is asymmetrical Gives surface contour and on the other hand requires a larger radial space. The electrical lines connected to the sensor device must be in the vicinity to a central evaluation unit. To avoid these disadvantages it is already known from DE 197 03 903 A1, a sensor device with magnetic field sensitive Sensors in an axial extension to a position to be detected to arrange cylindrical part. 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 to be detected. However, this known sensor device is only suitable for detecting the twisting of an elongated part. The capture the axial position, in particular of a piston, is from this known device not removable.

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.DE 195 45 923 A1 describes a device for detecting the position of a piston in known a cylinder with a piston rod which is provided with a bore in which a measuring rod is arranged. A fixed sensor element is also provided, which includes the measuring rod within the bore of the piston rod. By relative shift the measuring rod to the fixed sensor element is inductive generates a sensor signal depending on the displacement of the piston rod. The well-known Device is relatively complex and requires a relatively large amount of space because on the one hand, the measuring rod must be firmly connected to the piston rod within the bore must and must be provided on the other hand, the low-friction displaceability of the fixed sensor element relative to the measuring rod and the piston rod guarantee. Adequate sealing of the stationary sensor element must also be ensured be provided to the interior of the cylinder.

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.From US 4,386,552 it is also known to positively guide a twisted measuring rod in a fetch piston rod to arrange. When the piston rod moves in a straight line it is converted into a rotary movement of the measuring rod. A sensor element inside of the print medium detects this rotary movement and converts it into a corresponding sensor signal, which indicates the relative position of the piston rod to the cylinder barrel. Disadvantageous in this arrangement is the installation position of the sensor element within the pressure chamber. The electrical signals have to be through elaborately sealed electrical feedthroughs out of the print area. Also the control of the sensor device, retrofitting a lifting cylinder with the sensor device or it is difficult to repair the sensor device because the lifting cylinder for this must be disassembled.

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.The object of the present invention is therefore a device for detecting the position to further develop a piston in a cylinder such that the position of the piston is simple Wise and reliable can be detected, the known shortcomings remedied as far as possible should be.

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.To achieve this object, the invention is in connection with the preamble of the claim 1 characterized in that the sensor device at least one fixed Sensor element outside the pressure medium area and a movable one, from the Measuring rod driven, sensor element within the pressure medium area and the movement of the driven sensor element without contact from the fixed Sensor element is detected.

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.The particular advantage of the invention is that the design of the sensor device results in a simple measuring system which determines the relative position of the piston rod relative to the cylinder housing. The contactless determination of the rotary movement of the measuring rod is particularly advantageous. This eliminates complex rotary unions, which lead to a reduction in costs and at the same time to new fields of application for the measuring system according to the invention. By attaching the fixed sensor element outside the pressure medium area, it can be configured in a particularly simple manner, since there are no special requirements with regard to the pressure medium and the pressure in the pressure medium. Only the environmental conditions, such as moisture and dust protection outside the lifting cylinder, must be taken into account when designing the sensor element.
Arranging the sensor device in an edge region of a pressurized space has the advantage that the space required for the lifting cylinder is not increased. Furthermore, a sensor device can easily be introduced into the lifting cylinder base.
There is usually, to hold the cylinder, structurally unnecessary housing material into which the sensor device can be easily integrated without changing the function or the size of the lifting cylinder. This installation position also prevents damage to the sensor device from the outside. This installation position on the cylinder bottom also enables easy access to the sensor device, since the lifting cylinder does not have to be dismantled for mounting or checking the device.
Known sensor devices, such as those which operate according to the magnetic, inductive or capacitive measuring principle, are available for the contactless transmission of the rotary movement of the measuring rod to the fixed sensor element. Thus, the movable sensor element can be designed according to the measuring principle used and the movement of the measuring rod can be converted into a correspondingly recognizable signal depending on the measuring principle used. This can be a change in the distance between the two sensor elements, a rotation of the elements relative to one another, or also by constructive configurations of the elements with a corresponding movement of the same.

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 Sensorgehauses, 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.In a particularly advantageous embodiment of the invention, there is a removable sensor housing in the cylinder base, which is equipped on the circumferential side with a seal and on the one hand receives the fixed sensor element from the pressure medium and on the other hand has a recess on the side connected to the pressure medium, which serves to receive a connecting element connected to the front end of the measuring rod, the connecting element being rotatably mounted in the recess about the longitudinal axis of the measuring rod.
This embodiment represents a particularly simple embodiment that is easy and inexpensive to manufacture. The sensor housing is a simple turned part with a circumferential groove for receiving a seal and a recess on both end faces. In the recess, on the side of the sensor housing facing away from the pressure medium, the fixed sensor element can easily be attached. For this purpose, the sensor element itself can in turn be connected directly to evaluation electronics and can be fastened in the recess of the sensor housing directly by means of a casting compound, clamping, pressing or screwing. The sensor housing itself is fixed in a bore made centrally in the measuring rod arrangement in the cylinder base and closes the cylinder base from the pressure medium area. Another stepped recess is provided on the pressure medium side of the sensor housing. This is used for fixing or mounting a connection element which has a congruent shape to the recess and is connected to the measuring rod. Due to the position of the sensor housing in the lifting cylinder base, the measuring rod is also fixed in the recess with respect to the piston rod. The congruent shape of the connecting element end to the recess in the sensor housing brings about an almost play-free mounting of the connecting element in the recess. This is particularly advantageous since the movements of the connecting element made possible by play in this bearing lead to a change in the measuring accuracy. This storage also enables a free rotary movement of the connecting element in connection with the measuring rod in the sensor housing.

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.According to the invention, the connection element can be configured further by the connection 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 supports. Through this embodiment of the connecting element according to the invention easy storage and disassembly of the sensor device achieved. Will face the cylinder base with a through hole that extends into the pressure medium area, Mistake. Central to this is a larger diameter hole in introduced the cylinder bottom, which does not reach into the pressure medium area. Thereby creates a paragraph in the hole, which acts as a stop for the sensor housing and the Ring element serves. The ring element thereby limits the movement of the connecting element towards the pressure medium area. One movement in the opposite Direction is caused by the adjoining sensor housing.

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.In a further embodiment of the invention, the connecting element has a central bore for receiving the front end of the measuring rod and the measuring rod is detachably and articulably connected to the connecting element in the bore by means of a bolt running transversely to the longitudinal axis thereof.
This configuration has the advantage that the measuring rod is decoupled in the axial direction from the connecting element at least in a certain area. As a result, different orientations of the axes of the piston rod and measuring rod are compensated for and thus reduce the wear on the bearing of the measuring rod and on the guide element. Furthermore, different materials can be coupled to one another through this connection point. Thus, the connecting element can advantageously be made of a metallic material and the measuring rod made of a non-metal and connected. In this way, differently worn components can also be replaced and replaced independently of one another, and the standardized sensor elements can be adapted with a measuring rod length or twist embodiment adapted to the use of the pressure medium cylinder.

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 Hubzylindern, 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 Druck- oder Wegmeßsystems ist hierdurch jederzeit gegeben. Das Halteelement ist vorteilhaft eine Seegering, der in eine in der Bohrung des Zylinderbodens befindlichen Nut eingreift.The sensor housing is in a special embodiment of the invention, on one of the Back of the measuring rod facing away from the cylinder base by means of a holding element attached. As a result, however, the sensor element can be securely fixed in the cylinder base can also be easily removed from there. The insertion in the cylinder bottom also enables a reduction in the manufacturing costs of the lifting cylinders used, by optionally also, for example, a pressure measurement system at the same location or a closure element can be inserted and fixed by means of the holding element. The possibility of retrofitting the prepared lifting cylinder with a pressure or This means that the measuring system is available at all times. The holding element is advantageously a Seegering, which engages in a groove in the bore of the cylinder bottom.

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.According to a preferred embodiment of the invention, the movable sensor element as a permanent magnet and the fixed sensor element as a magnetic field sensitive Sensor element formed. The movable sensor element is firmly attached to the Measuring rod connected connecting element bordered. In cooperation with the fixed Sensor element of the sensor device, this enables a non-contact measurement the path of the piston rod. A movement of the piston rod is in a rotation of the measuring rod and a corresponding rotary 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 also to a changed distance of the sensor elements to each other. The sensor housing and / or the connecting element is advantageous made of a non-magnetizable material such as brass, whereby an improved effect of the measuring principle is achieved. To detect a magnetic field are various sensors such as magnetoresistive sensors, Hall sensors and known as field plates. It has proven particularly cost-effective for mass use the Hall sensors. These can be opened easily with a small space requirement integrate an electronic circuit and then with additional evaluation circuits and equip interfaces.

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.According to a preferred embodiment of the sensor device, there 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 to the permanent magnet is arranged within the sensor housing. In the end section of the connection element there is a permanent magnet with the magnet axis arranged perpendicular to the axis of rotation of the connecting element. The extends advantageously Permanent magnet over the full diameter of the end section. This can be a flat or Bar magnet can be inserted into a groove or bore. The magnetic field almost hits vertically out of the pole faces and then immediately penetrates the sensor housing the magnetic field-sensitive sensor elements arranged therein. At least a magnetic field sensitive Sensor is on the circumference of the side facing the connection element the recess 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 sensors sensitive to magnetic fields are advantageous distributed around the circumference of the recess, thereby providing a more precise evaluation the position of the connecting element in the recess is made possible. The decrease in Strength of the magnetic field through a sensor element is simultaneously increased by an Strength of the magnetic field recognized in the further sensor element. Evaluation electronics then 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. By means of appropriate learning processes, the evaluation electronics can determine the position of the piston recognize in the zero position and the associated angle of rotation. Furthermore, the Evaluation electronics the angle of rotation of the measuring rod directly into the position of the piston relative convert to the cylinder tube as a direct path signal. The evaluation electronics can be provided with a microprocessor and storage means and also have an interface that communicates with a CAN bus system, for example.

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.In a further embodiment of the invention, at least one permanent magnet is on the End section is aligned 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. This arrangement of the sensor elements relative to one another can achieve that only the direction but not the strength of the magnetic field when the connection element rotates changed by the magnetic field sensitive sensor element. The permanent magnet can be designed as a bar magnet and directly in an end hole on the connection element be arranged. The decentralized arrangement changes the direction of the Magnetic field through the centrally arranged, fixed sensor element when twisted of the connecting element in the recess on the sensor housing. For reinforcement of the magnetic field, the magnetic field can also be generated by several permanent magnets. The arrangement of two permanent magnets coaxial to the direction of rotation in the same is advantageous radial distance from the axis of rotation in a complementary orientation. The magnetic field sensitive Sensor element is arranged centrally in the sensor housing and so executed that it can recognize the magnetic field direction. This is special Cost-effective because the magnetic field-sensitive sensor is simple and directly in one Integrated electronics module and so easily connected to other evaluation circuits can be.

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.The design of the measuring rod specifies the rotary movement of the connecting element in the recess in the sensor housing. The measuring range or the measuring resolution can be predetermined solely by this design of the measuring rod. The object causing the rotation, such as a piston in a cylinder, only needs to have a bore with an opening cross section that corresponds to the contour of the measuring rod in cross section.
The execution of the measuring rod with a pitch-sized twist of at least 70 ° is particularly advantageous. In this way, long strokes of a piston can be recognized with a simple measuring rod with few twists. In addition, the large slope keeps the friction between the elements low.
An increase in the slope, up to greater than the inhibition angle of 76 °, is a special embodiment of the invention, slope angles in this area prevent the elements brought together from being unsuitable for transmitting a rotary movement and thus not being able to stimulate a mutual rotary movement. This reduces wear on the management and bearing points and minimizes the play between the elements.

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.In a further embodiment of the invention, the torsion of the measuring rod extends evenly over the entire length of the measuring rod. Through this design, the Evaluation of the angle of rotation signal can be done easily, since the twist extends over the entire Measuring range is linear to the stroke movement of the piston.

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.According to a preferred embodiment, the twist extends helically essentially along a circumferential angle of 360 °. This allows for easy A clear dependence of the angle of rotation of the measuring rod on the longitudinal movement achieve the piston rod because the connecting element over the entire stroke movement of the piston only undergoes a maximum of one revolution. On a special evaluation and determination of the completed number of revolutions of the measuring rod can according to the invention to be dispensed with.

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 Arbeitsgerate 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.According to a further embodiment of the invention, the measuring rod can only show torsion in some areas. As a result, the displacement measuring system according to the invention can be limited to the piston stroke range in which a special evaluation or only there a displacement measurement is necessary. For this purpose, the measuring rod is only provided with a twist in the middle, for example, and configured in the further measuring rod region in such a way that there is no change in pitch and therefore no rotation of the measuring rod is caused in these stroke regions of the piston. This embodiment is particularly suitable for movements which can be carried out by the lifting cylinder and which have a position different from the end stops of the piston, in which the position of the piston must be controlled or regulated or recognized in a particular manner. This embodiment is particularly suitable for work tools which can be pivoted from a transport position into a working position. For this purpose, the measuring rod has a twist only in the stroke range corresponding to the working position, for example to enable detection and possibly also control of the working position there.
In a development of the measuring rod, this is provided with a twist in at least two places. In this way, individual positions of the piston and, if necessary, positions of actuated elements can be recognized and controlled. In this way, individual position detection means arranged outside the lifting cylinder can be saved in a cost-effective manner and no additional installation space is then required.

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 a further embodiment of the invention, the measuring rod has areas with different Increases in torsion. The measuring rod twist can be applied to the respective Adjusted requirement, be trained differently. This is a special one Advantage of the sensor device according to the invention over the known position and Position measuring systems. Due to the shape or the different slopes the torsion of the measuring rod results in special areas and forms of application, in which otherwise use is made of position detection means arranged outside the cylinder had to become. According to the invention, these can be shifted into the lifting cylinder and therefore no longer require additional installation space and are also available Damage is protected. Have different twists and turns the advantage that the measuring rod to the specific requirements along the piston stroke can be adjusted. So there are control areas in which it only has to be recognized whether the Lift cylinder has passed through or reached and areas where a piston position adhered to exactly or closely monitored along a certain stroke range must become. For this purpose, the measuring rod with different gradients of twist Mistake. In the areas that only one position needs to be recognized the measuring rod is equipped with a large slope of torsion, so that the measuring rod is only slightly rotated at these piston positions. In the areas with a finer Detection, the measuring rod is provided with a smaller slope, so that in this piston stroke range occurs a greater twist of the connecting element.

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 a further embodiment of the invention, only the opposite ends have a twist on the measuring rod. The measuring rod is designed so that the measuring rod only have a twist of the rod at the ends and in the intermediate one Area there is no twisting of the measuring rod. This results in a special one Advantage if the task of the lifting cylinder is an object or element to transfer from one position or position to another. For controlling the The individual end positions are of particular importance in order to to implement, for example, a so-called end position damping in terms of control technology can. The inventive sensor device can also be used only as a position indicator the end positions of the piston are used.

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 a further embodiment of the invention, the length of the measuring rod does not extend over the entire stroke of the piston rod. This considerably simplifies the sensor device, since then the bore in the piston rod does not have to be made over the entire piston stroke. Such designs are particularly suitable if the position of the piston only has to be detected in the lower, retracted piston position. If the piston stroke exceeds the measuring rod length, this is then no longer guided by the guide part in the piston head and is then free in the cylinder. The measuring rod end is then advantageously provided with a taper in order to be able to ensure that the measuring rod can be found again and securely inserted into the piston bore when the piston is immersed again in the measuring range.
It is particularly advantageous if the measuring rod corresponds at least to the full stroke length of the piston rod. This ensures that the measuring rod is securely guided at all times.

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 Umfangsflache 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.In a further embodiment of the invention, the guide element has, at a free end, a resilient nose oriented inwards in the radial direction, which rests at least in regions on the peripheral surface of the measuring rod. This configuration of the guide element enables particularly precise guidance of the measuring rod in the bore of the piston rod. The nose acts slightly resiliently on the measuring rod and thus ensures that the measuring rod is guided without play. Wear on the measuring rod or on the guide element is also compensated for by the guide element itself in a certain range.
In a further embodiment of the invention, the nose of the guide element is hook-shaped and is equipped with a sealing lip which clings to the circumferential surface of the same in the direction of the measuring rod. This hook-shaped configuration provides a special guiding property of the measuring rod in the bore of the piston rod, in that it also compensates for slight twisting of the circumferential surfaces of the measuring rod due to the sealing lip. Also, due to the slight surface guidance of the hook-shaped nose acting in the axial direction of the measuring rod, a good guiding property is achieved at the transitions between different gradients of the twisting of the measuring rod.

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. According to the invention, the measuring rod can also be further developed by the measuring rod has at least one hook-shaped support element which areas of the measuring rod clinging to the central bore on the peripheral surface of the same supports. According to the invention, this embodiment is particularly suitable for longer ones Measuring rod in front of these in the retracted areas and positions of the piston rod to protect radial movements. For this purpose, the opposite of the connecting element Side of the measuring rod attached a hook-shaped support element in a ring. The The measuring rod is made a little longer than necessary for the maximum piston stroke, so that the guide element and the support element in the extended position of the Do not interfere with the piston rod. The measuring rod is generally from the connecting element held in the axial direction and by the guide element or guided the support element in the radial direction, the support element being designed such that it has no guiding properties related to the measuring rod. This is the support element on the one hand on the outer contour of the measuring rod and on the other hand on the contour adapted to the bore in the piston rod.

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,

An embodiment of the invention is explained below with reference to the drawings. Show it:

Figure 1: 2 shows a schematic side view of a tractor with a hydraulically operated front shovel in an upper and a lower position of the front loader arm,
Figure 2: 2 shows a longitudinal section of a lifting cylinder according to FIG. 1 in a retracted position,
Figure 3: 1 in an extended position,
Figure 4: 3 shows a partial section X from FIG. 2 on an enlarged scale,
Figure 5: 1 shows a schematic illustration of a measuring rod according to a first embodiment,
Figure 6: 1 shows a schematic illustration of a measuring rod according to a second embodiment,
Figure 7: is a schematic representation of a measuring rod according to a third embodiment and
Figure 8: 4 shows an alternative embodiment of a resilient, hook-shaped nose of a guide element according to FIG. 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. 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 first lifting cylinders 3 and second lifting cylinders 4 arranged in pairs. The first lifting cylinders 3 serve to raise and lower the front loader rocker 5 and in connection therewith also the bucket 2. The second lifting cylinders 4 serve to pivot the front bucket 2 relative to the front loader rocker 5. The lifting cylinders 3, 4 are designed as hydraulic cylinders and are essentially of the same type.
For example, the actuation of the second lifting cylinder 4 is described in more detail below in connection with FIGS. 2 and 3.
The second lifting cylinders 4 are used to adjust the front shovel 2, which is articulated on a front loader arm 5. A console 6 for receiving the front loader arm 5 connects to the body of the agricultural tractor 1 on this front loader arm 5.

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 FIG. 1, the front loader rocker arms 5 are in the upper and lower positions different positions of the front bucket 2 are shown relative to the front loader arm 5. The position of the front loader arm 5 itself to the console 6 and the position of the front shovel 2 relative to the front loader rocker arm 5 can be simplified in a more inventive manner This is done by determining the relative piston positions to the respective cylinder tube 7 determine.

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 Hubzylindern 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.The front blade 2 is in a retracted position of the lifting cylinder 4 according to FIG. 2 in a transport position while it is in an extended position of the lifting cylinder 4 3 is in a dump position. The controls of front loaders own usually an automatic parallel guidance of the front blade 2 to the footprint of the Agricultural tractor 1. This is done by a controller, depending on the position of the lifting cylinder 3, electro-hydraulic automatic one piston position on the two two lifting cylinders 4 set so that the bottom of the front blade 2 over the entire swivel path the front loader arm 5, from the lower to the upper position, parallel to the footprint the tractor 1 is held. The position of the piston in at least one of the Lift cylinder 3 is determined by means of the measuring system according to the invention and sent to a controller to hand over. This then accesses a stored table based on the measured value and this takes a necessary lifting cylinder length for the lifting cylinder 4, which one Parallel position of the bottom of the front bucket 2 according to the position of the front loader arm 5 and the footprint of the tractor 1 corresponds. A subsequent one Control or a control command then causes, based on the determined necessary length signal for the lifting cylinder 4, a corresponding setting of the lifting cylinder length Lift cylinder 4. The length of at least one lift cylinder 4 is in turn with an inventive Measuring system determined and reported back to the control.

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.The lifting cylinder 3 or 4 itself 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 a hinge eye 10 at a first end, which is connected, for example, in an articulated manner to a blade joint part 11 on the front loader rocker arm 5.
The piston rod 9 has a central bore 12 and a guide element 45 at one end facing away from the joint eye 10, so that a measuring rod 13 is guided as a measuring element so as to be longitudinally movable relative to the piston rod 9. The piston rod 9 is hollow-bored and rests with the guide element 45 on the measuring rod 13 at least in regions on the circumference.

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.In the example shown, the measuring rod 13 has an incline-size over the entire length Twist 14, which extends along a circumferential angle of 360 ° over the extends the entire length of the measuring rod. The measuring rod 13 is preferably in cross section rectangular, the edges of the rectangle each from one of the Piston rod 9 facing away from end face 15 to an end face facing piston rod 9 16 continuously and helically (helically) a circumferential angle of Cover 360 °.

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.Towards the end face 15 of the measuring rod 13 is a permanent magnet, shown schematically in FIG 19 framed in a connecting element 20 firmly connected to the measuring rod 13. This connecting element 20 is rotatably movable in a radial recess 21 of a mounted in the cylinder bottom 18 mounted sensor housing 22.

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.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 provides depending on the magnetic field of the permanent magnet 19 a sensor signal, which is evaluated in an electronic evaluation system and as a position measuring signal can be transmitted to a central control unit. The evaluation electronics preferably assigned directly to the sensor element 24 and together with it in one Unit arranged within the sensor housing 22. The sensor housing 22 itself can consist of a non-magnetizable material in which the sensor element 24 is enclosed. The sensor element 24 is preferably one that works according to the Hall principle Hall sensor element formed.

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.The cylinder base 18 has an articulated eye for the articulated fastening of the lifting cylinder 3, 4 25 on. To actuate the lifting cylinder 4, this has a first hydraulic connection 27 in the cylinder base 18 and a second hydraulic connection 28 in one with connected to the cylinder tube 7 cylinder head 29. Through these connections 27, 28 a hydraulic fluid is supplied or discharged into the cylinder interior. When pressurized of the cylinder 4, the piston rod 9 is moved in the longitudinal direction, the Measuring rod 13 according to the orientation of the twist 14 in a predetermined Direction of rotation 32 is rotated.

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.According to a further embodiment of the sensor device, in the sensor housing also several sensor elements arranged uniformly in the circumferential direction in an outer ring of the sensor housing 22 may be arranged. By providing A plurality of sensor signals uniquely determine the position of the piston 8. The fact that the twist 14 only over an angle of rotation Extends 360 °, several intermediate positions of the piston 8 - not just the end positions 2 and 3 - are detected.

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.As can be seen more clearly from FIG. 4, the measuring rod 13 is connected by means of a transverse bolt 17 connected to the connecting element 20. The bolt 17 is in a transverse bore in 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 connector 20 has a recess 36 on a side facing the measuring rod 13, in which can engage the end 15 of the measuring rod 13. On one of the measuring rods 13 facing away from the ring element 34 is an end portion 37, which together is positioned with the ring element 34 in the cylinder base 18. In the end section 37, at least one movable sensor element is designed as a permanent magnet 19 arranged.

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.On the back of the sensor housing 22 facing away from the measuring rod 13 is a holding element 38 provided, by means of which the sensor housing 22 is pressed against the shoulder 35 and the ring element 34 of the connecting element 20 is guided correspondingly with little play. The holding element 38 is preferably designed as a retaining ring and is used 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 by a seal 39 includes, which seals the pressure area of the lifting cylinder from the environment and arranged between the wall 40 of the cylinder bottom 18 and the sensor housing 22 pressed is.

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.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 edged.

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.On a side facing the sensor housing 22, the piston rod 9 is with a Damping pin 41 formed. The damping pin 41 extends in accordance with FIG. 2 shows the end position in a constriction section 42 of the cylinder tube 7 and enables hydraulic cushioning of the piston 8 in the retracted position the same.

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.At the end of the damping pin 41, the guide element 45 is frictional or non-positive used and has a resilient nose 43 which radially inwards against the measuring rod 13 presses. The nose 43 can consist of a rigid plastic material. The Contour of the guide element 45 corresponds at least in regions to the contour of the Measuring rod 13. It can be polygonal, preferably quadrangular. The guide element 45 is also aligned coaxially to the piston rod 9.

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.Figure 5 shows a measuring rod 13 which is provided with a twist over the entire length of the measuring rod. It is shown here in an expanded form and, depending on the design and application of the measuring rod 13, can additionally be equipped with guide or holding elements, such as a bore, at the ends.
Due to the fact that the measuring rod 13 is arranged in a stationary manner and has a twist 14 shaped in accordance with FIG. 5, the measuring rod 13 is rotated by an angle of rotation ϕ in the event of an axial displacement of the piston 8 or the piston rod 9 about the longitudinal axis of the piston rod 9, so that a Corresponding angle-dependent signal is recognized by the sensor device. This is evaluated in the evaluation unit, the relationship between the translational path of the piston 8 or the piston rod 9 and the angle of rotation ϕ of the measuring rod 13 can be determined by a characteristic curve. A measuring signal representing the positioning of the piston rod 9 or the change in displacement thereof is thus formed.

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.The twist 14 of the measuring rod 13 has one in relation to the longitudinal direction of the measuring rod 13 forming angle of inclination α of at least 70 °, preferably 76 °. Preferably the slope angle α should not fall below an inhibition angle β of 76 °. Hereby becomes a smooth movement in the relative movement between the measuring rod 13 and Piston rod 9 ensures, the translational movement of the piston rod 9 with low friction is converted into a rotational movement of the measuring rod 13 without the Hinder movement of the piston 8.

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.Characterized in that the measuring rod 13 is locked in the longitudinal direction by the cross bolt 17, can additionally a decoupling between the connecting element 20 on the one hand and the Measuring rod 13 on the other hand. If the measuring rod 13 and the connecting element 20 can automatically compensate by pivoting about the Bolt axis of the bolt 17 are brought about.

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.According to a second embodiment of the measuring rod 13 according to FIG. 6, a measuring rod 45 is provided, each of which has a twist 46 in the region of the front ends. The twists 46 each sweep a circumferential angle of 180 °, so that there is a twist of 360 ° over the entire length of the measuring rod 45 and thus a clear assignment is given. This measuring rod 45 is used to determine the position of the piston rod in an end region thereof. The measuring rod 45 can preferably be used for end position damping.
According to the embodiment shown in FIG. 7, the twist can also be arranged in any area of the measuring rod 13. 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 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.It is preferable once to start the measurement 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 performs a calibration of the evaluation electronics. This hysteresis error would have a negative impact on the Impact measurement result. Therefore a reference measurement is carried out in which the piston rod 9 Move the entire length in one direction and then in the other becomes. A rotation angle characteristic curve is recorded depending on the path and in the Evaluation electronics saved. After recording this characteristic curve, the hysteresis error and the measured sensor value depending on the direction of movement the piston rod 9 is corrected in accordance with the determined hysteresis error become. This calibration process is one-off after the sensor device has been installed or the measuring rod 13 made in the lifting cylinder 3.4.

Die Meßstange 13 und die Kolbenstange 9 können jeweils für sich aus einem metallischen Werkstoff oder aus einem Kunststoff ausgebildet sein.The measuring rod 13 and the piston rod 9 can each be made of a metallic Material or be formed from a plastic.

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.According to an embodiment according to FIG. 8, the guide element 45 can also be in one piece be connected to a damping pin 41 and has an inwardly deflected Sealing lip 44 which, as shown, clings to the guide surfaces of the measuring rod 13.

Claims

Device for detecting the position of a piston in a cylinder, in particular a pressure medium cylinder, with a piston rod (9) with a bore, in which a measuring rod is arranged, the measuring rod (13) depending on the longitudinal movement of the piston rod (9) Angle of rotation (ϕ) positively guided and the angle of rotation (ϕ) is converted into an electrical sensor signal by means of a sensor device,
characterized in that
the sensor device has at least one fixed sensor element (24) outside the pressure medium area and a movable sensor element (19) driven by the measuring rod (13) within the pressure medium area and detects the movement of the driven sensor element (19) without contact by the fixed sensor element (24) becomes.

Device according to claim 1,
characterized in that
there is a removable sensor housing (22) in the cylinder base (18), which is equipped on the circumference with a seal (39) and on the one hand receives the fixed sensor element (24) separating it from the pressure medium and on the other hand on the side connected to the pressure medium Has recess (21) which serves to receive a connecting element (20) connected to the front end of the measuring rod, the connecting element (20) being rotatably mounted in the recess (21) about the longitudinal axis of the measuring rod (13).

Device according to one of claims 1 or 2,
characterized in that
the connecting element (20) is designed for fixing or storage with a ring element (34) which is supported on the one hand on a shoulder (35) of the cylinder base (18) and on the other hand in the recess (21).

Device according to one of claims 1 to 3,
characterized in that
the connecting element (20) has a central bore (36) for receiving the front end (15) of the measuring rod (13) and the measuring rod (13) is detachable and articulated in the bore (36) by means of a bolt (17) extending transversely to the longitudinal axis thereof ) is connected to the connecting element (20).

Device according to one of claims 1 to 4,
characterized in that
A holding element (38) is provided on a rear side of the sensor housing (22) facing away from the measuring rod (13) for the detachable fastening of the sensor housing (22) in the cylinder base (18).

Device according to one of claims 1 to 5,
characterized in that
the movable sensor element (19) is designed as a permanent magnet (19) and the fixed sensor element (24) is designed as a magnetic field-sensitive sensor element.

Device according to one of claims 1 to 6,
characterized in that
the sensor element (24) is designed as a Hall sensor element.

Device according to one of claims 1 to 7,
characterized in that
at least one permanent magnet (19) in which is aligned at the end section (37) such that the magnetic axis of the permanent magnet (19) is perpendicular to the longitudinal axis of the measuring rod (13), and that at least one sensor element (24) is at a radial distance from the permanent magnet (19) are arranged inside the sensor housing (22).

Device according to one of claims 1 to 8,
characterized in that
at least one permanent magnet (19) is aligned in the end section (37) such that the magnetic axis of the permanent magnet (19) is radially offset in the direction of the longitudinal axis of the measuring rod (13), and that at least one sensor element (24) is approximately central to the longitudinal axis the measuring rod (13) is arranged inside the sensor housing (22).

Device according to one of claims 1 to 9,
characterized in that
the measuring rod (13) has a pitch-sized twist (14) with a pitch angle (α) in a range of at least 70 °.

Device according to one of claims 1 to 10,
characterized in that
the pitch angle (α) is greater than an inhibition angle (β) of 76 °.

Device according to one of claims 1 to 11,
characterized in that
the pitch-sized twist (14) extends uniformly over the entire length of the measuring rod (13).

Device according to one of claims 1 to 12,
characterized in that
the torsion of the measuring rod (13) extends at most over a circumferential angle of 360 °.

Device according to one of claims 1 to 13,
characterized in that
the measuring rod (13) has a twist only in some areas.

Device according to one of claims 1 to 14,
characterized in that
the measuring rod (13) has areas with different gradients of twist.

Device according to one of claims 1 to 15,
characterized in that
the measuring rod (13) has a twist (14) only in the area of opposite ends (15, 16).

Device according to one of claims 1 to 16,
characterized in that
the length of the measuring rod (13) does not extend over the entire stroke of the piston rod (9).

Device according to one of claims 1 to 17,
characterized in that
the guide element (45) has at one free end a resilient nose (43) oriented inwards in the radial direction, which rests at least in regions on the peripheral surface of the measuring rod (13).

Device according to one of claims 1 to 18,
characterized in that
the nose (43) is hook-shaped with a sealing lip (44) which clings to the circumferential surface of the same in the direction of the measuring rod (13).

Device according to one of claims 1 to 19,
characterized in that
the measuring rod (13) has at least one hook-shaped support element which supports the measuring rod (13) in regions against the central bore (12) on the peripheral surface thereof.