EP1128074A2 - Fluidbetätigter Aktuator - Google Patents

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EP1128074A2
EP1128074A2 EP00890380A EP00890380A EP1128074A2 EP 1128074 A2 EP1128074 A2 EP 1128074A2 EP 00890380 A EP00890380 A EP 00890380A EP 00890380 A EP00890380 A EP 00890380A EP 1128074 A2 EP1128074 A2 EP 1128074A2
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EP
European Patent Office
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piston rod
actuator
piston
cylinder tube
displacement sensor
Prior art date
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Withdrawn
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EP00890380A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1128074A3 (de
Inventor
Gerhard Huber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hoerbiger Hydraulik GmbH
Original Assignee
Hoerbiger Hydraulik GmbH
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Publication date
Application filed by Hoerbiger Hydraulik GmbH filed Critical Hoerbiger Hydraulik GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/20—Other details, e.g. assembly with regulating devices
    • F15B15/28—Means for indicating the position, e.g. end of stroke
    • F15B15/2815—Position sensing, i.e. means for continuous measurement of position, e.g. LVDT
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/20—Other details, e.g. assembly with regulating devices
    • F15B15/28—Means for indicating the position, e.g. end of stroke
    • F15B15/2892—Means for indicating the position, e.g. end of stroke characterised by the attachment means

Definitions

  • the invention relates to a fluid-operated actuator, in particular a hydraulic working cylinder, with a hollow cylinder tube, two end pieces, one in the cylinder tube the effect of a working fluid displaceable piston and at least one with the piston connected, led out sealed by one of the end pieces piston rod, and at least one connection for introducing the working fluid into one between at least one of the end pieces and the piston formed working space of the actuator, opposite the first piston rod, a second piston rod is connected to the piston, which passed through the second end piece and sealed with the second piston rod a displacement sensor is coupled, which is provided at the end of the actuator that the first piston rod is opposite.
  • a fluid-operated actuator in particular a hydraulic working cylinder, with a hollow cylinder tube, two end pieces, one in the cylinder tube the effect of a working fluid displaceable piston and at least one with the piston connected, led out sealed by one of the end pieces piston rod, and at least one connection for introducing the working fluid into one between at least one of the end pieces and the piston formed working space of
  • EP 0 326 070 A2 there is a testing machine system with a hydraulic one Drive described, in which the working cylinder itself in a stationary frame is stationary and the displacement transducer is also in a certain spatial Distance from the cylinder is attached to this frame.
  • a direct connection is not between the working cylinder and the displacement transducer or its mounting location provided so that no system is described which is suitable for installation in motor vehicles between two mutually movable articulation points suitable and also accordingly can be made small and yet robust.
  • the latter is also the case for the device for measuring the volume change of liquids the case that is disclosed in EP 0 275 825 A1.
  • the displacement sensor too not directly connected to the working cylinder, but only like this on the same Carrier plate of the support structure attached. It is also parallel to the working cylinder arranged next to this.
  • actuators are used on many other areas, where it is also particularly important, the exact position to know the piston rod, for example in order to supply the working fluid according to the position to control or other movements to the position of the actuator or of adapt to this moving component.
  • the complicated processes of entering and leaving Extending convertible tops can be carried out safely and in an optimized manner, just like that Opening or closing trunk lids, engine compartment covers, doors or convertible top flaps.
  • the object of the present invention was therefore an actuator as stated at the beginning, in which the determination of the position of the piston rod is simple and safe and while maintaining a very compact, yet mechanically robust design of the entire arrangement can be accomplished, so that the actuator in particular Use in motor vehicles is suitable.
  • the actuator described at the outset is characterized in that that a rigid connector from the second end piece to one for coupling of the actuator to any other component designed floor element and that the displacement sensor is mounted on this rigid connection.
  • a rigid connector from the second end piece to one for coupling of the actuator to any other component designed floor element and that the displacement sensor is mounted on this rigid connection In order to is the direct coupling of the displacement sensor to the actuator while avoiding Intermediate pieces or lines to achieve an extremely stable, robust and compact Construction as well as avoiding measurement inaccuracies in any Position of the actuator possible.
  • the actuator can be just a little longer conventional cylinder can be installed without having to rely on the position determination arrangement special consideration must be given at the end.
  • a particularly mechanically stable embodiment can be achieved if the rigid connector by extending the cylinder tube over the second End piece is given up to the floor element.
  • the extension of the cylinder tube second piston rod tubular, substantially cylindrical, surrounds and with a longitudinal slot is provided, through which the second piston rod with the displacement sensor connected is.
  • a structurally simple coupling of the displacement sensor to the piston of the actuator can be achieved according to a further feature of the invention in that the second Piston rod is rigidly connected to the piston in a manner known per se, and that thereon a pin which protrudes laterally and preferably perpendicular to the second piston rod is provided is, which engages in a guide that is rotatably in one with the displacement sensor connected and pivotable in a plane parallel to the longitudinal axis of the actuator Lever is incorporated in the longitudinal direction, preferably as an elongated hole in the Lever, which also ensures a secure connection.
  • the displacement sensor is formed by a rotary sensor, which with the second piston rod is connected.
  • the displacement sensor is on a mounting bracket on the working cylinder, preferably on the cylindrical extension of the cylinder tube, attached, giving a simple and functional attachment variant is.
  • FIG. 1 shows a side view of an actuator according to the invention and FIG. 2 is a longitudinal section through the actuator of FIG. 1.
  • a cylinder tube 1 is provided with connections 2 for the supply and discharge of the working fluid, preferably a hydraulic oil, preferably to both work rooms 3, which Working spaces 3 in the area of section 1a of the cylinder tube 1 between the piston 4 and the two end pieces 5, 6 are formed.
  • the working fluid preferably a hydraulic oil
  • a first piston rod 7 is through the first end piece 5, which the cover of the Actuator forms, passes through sealed and carries the rod head at the outer end 8, which is designed for coupling to a further component of the overall system.
  • Piston rod 9 On the side of the piston 4 opposite the piston rod 7 there is a second one Piston rod 9 is provided and rigidly attached to it in the longitudinal direction. Preferably this second piston rod 9 is exactly aligned with the extension of the first piston rod 7 provided with this.
  • both piston rods 7, 9 could be made in one piece Component executed and the piston 4 placed on this component essentially in the middle his.
  • the section 1b of the cylinder tube 1 surrounds the second piston rod 9 in an extension of section 1a and is supported by a bottom element 10 at the end of the actuator completed, which is opposite the first end piece 5.
  • the floor element 10 is analog the rod head 8 is designed for coupling to a further component of the overall system.
  • section 1b of the cylinder tube 1 there is an elongated hole 11 in the longitudinal direction thereof cut out through which elongated hole 11 a pin 12 protrudes.
  • This pin 11 is connected to the second piston rod 9 or made in one piece with it and protrudes away from it laterally, preferably substantially perpendicular to its longitudinal axis.
  • the Pin 12 engages in an elongated hole 13 which is worked out in a lever 14 which again is rotatably connected to a rotary sensor 15 as the actual displacement sensor.
  • the Rotation sensor 15 is directly on section 1b of cylinder tube 1, i.e. directly on the invention Actuator mounted, for which purpose the section 1b, for example, a laterally projecting mounting bracket 16.
  • the rotation sensor 15 is advantageously not in one plane with the connections 2, but are the two levels, which are the connections 2 and the rotary sensor 15 or contain the mounting bracket 16, pivoted against each other. Since the lever 14 essentially is consequently parallel to the plane of the rotation sensor 15 or the mounting bracket 16 also the longitudinal slot 11 relative to the plane of the connections 2 by a certain one Offset.

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Abstract

Ein fluidbetätigter Aktuator, insbesonders hydraulischer Arbeitszylinder, besteht aus einem hohlen Zylinderrohr (1), zwei Endstücken (5, 6), einem im Zylinderrohr durch die Wirkung eines Arbeitsfluids verschiebbaren Kolben (4) und zumindest einer mit dem Kolben verbundenen, durch eines der Endstücke abgedichtet herausgeführten Kolbenstange (7), und zumindest einem Anschluß (2) zur Einbringung des Arbeitsfluids in einen zwischen zumindest einem der Endstücke und dem Kolben gebildeten Arbeitsraum des Aktuators, wobei gegenüber der ersten Kolbenstange (7) eine zweite Kolbenstange (9) mit dem Kolben (4) verbunden ist, welche zweite Kolbenstange (9) durch das zweite Endstück (6) abgedichtet hindurchgeführt und mit einem Wegaufnehmer (15) gekoppelt ist, der an dem Ende des Aktuators vorgesehen ist, das der ersten Kolbenstange (7) gegenüber liegt. Um die Ermittlung der Stellung der Kolbenstange einfach und sicher und unter Einhaltung einer sehr kompakten und dennoch mechanisch robusten Bauweise der gesamten Anordnung bewerkstelligen zu können, so dass der Aktuator insbesondere zum Einsatz in Kraftfahrzeugen geeignet ist, ist ein starres Verbindungsstück (1b) vom zweiten Endstück (6) bis zu einem zur Ankopplung des Aktuators an ein beliebiges weiteres Bauteil ausgelegten Bodenelement (10) vorgesehen und der Wegaufnehmer (15) an dieser starren Verbindung (1b) montiert.

Description

Die Erfindung betrifft einen fluidbetätigten Aktuator, insbesonders hydraulischen Arbeitszylinder, mit einem hohlen Zylinderrohr, zwei Endstücken, einem im Zylinderrohr durch die Wirkung eines Arbeitsfluids verschiebbaren Kolben und zumindest einer mit dem Kolben verbundenen, durch eines der Endstücke abgedichtet herausgeführten Kolbenstange, und zumindest einem Anschluß zur Einbringung des Arbeitsfluids in einen zwischen zumindest einem der Endstücke und dem Kolben gebildeten Arbeitsraum des Aktuators, wobei gegenüber der ersten Kolbenstange eine zweite Kolbenstange mit dem Kolben verbunden ist, welche zweite Kolbenstange durch das zweite Endstück abgedichtet hindurchgeführt und mit einem Wegaufnehmer gekoppelt ist, der an dem Ende des Aktuators vorgesehen ist, das der ersten Kolbenstange gegenüber liegt.
Derartige Systeme sind, jedoch für stationäre Einsatzzwecke und in entsprechend aufwendiger und ausladender Konstruktion beispielsweise in der EP 0 326 070 A2 und EP 0 275 825 A1 beschrieben, d.h. dieser Stand der Technik betrifft die allgemeine Ankoppelung eines Wegaufnehmers an einen Kolben eines Arbeitszylinders mittels einer zweiten Kolbenstange, gegenüberliegend der am betätigten Teil angelenkten Kolbenstange.
Jedoch ist in der EP 0 326 070 A2 ein Prüfmaschinensystem mit einem hydraulischen Antrieb beschrieben, bei welchem der Arbeitszylinder in einem stationären Rahmen selbst stationär montiert ist und wobei der Wegaufnehmer ebenfalls in einer bestimmten räumlichen Entfernung vom Arbeitszylinder an diesem Rahmen befestigt ist. Eine direkte Verbindung zwischen dem Arbeitszylinder und dem Wegaufnehmer bzw. dessen Montagestelle ist nicht vorgesehen, so dass kein System beschrieben ist, welches sich für den Einbau in Kraftfahrzeuge zwischen zwei gegeneinander bewegliche Anlenkpunkte eignet und auch entsprechend klein und dennoch robust gefertigt werden kann.
Letzeres ist auch bei der Vorrichtung zur Messung von Volumenänderung von Flüssigkeiten der Fall, das in der EP 0 275 825 A1 offenbart ist. Hier ist der Wegaufnehmer ebenfalls nicht direkt mit dem Arbeitszylinder verbunden, sondern lediglich wie dieser auf der gleichen Trägerplatte der Trägerstruktur angebracht. Überdies ist er parallel zum Arbeitszylinder neben diesem angeordnet.
Speziell in der Ausführung als Hydraulik-Arbeitszylinder, werden Aktuatoren auf vielen anderen Gebieten eingesetzt, wo es ebenfalls besonders wichtig ist, die genaue Stellung der Kolbenstange zu kennen, etwa um die Zufuhr des Arbeitsfluids entsprechend der Stellung zu steuern oder andere Bewegungsabläufe an die Stellung des Aktuators bzw. des von diesem bewegten Bauteils anzupassen. So können etwa die komplizieren Abläufe beim Einund Ausfahren von Cabrio-Verdecken sicher und optimiert durchgeführt werden, ebenso das Öffnen oder Schließen von Heckdeckeln, Motorraumabdeckungen, Türen oder Verdeckklappen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung war daher ein Aktuator wie eingangs angegeben, bei welchem die Ermittlung der Stellung der Kolbenstange einfach und sicher und unter Einhaltung einer sehr kompakten und dennoch mechanisch robusten Bauweise der gesamten Anordnung bewerkstelligt werden kann, so dass der Aktuator insbesondere zum Einsatz in Kraftfahrzeugen geeignet ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist der eingangs beschriebene Aktuator dadurch gekennzeichnet, dass ein starres Verbindungsstück vom zweiten Endstück bis zu einem zur Ankopplung des Aktuators an ein beliebiges weiteres Bauteil ausgelegten Bodenelement vorgesehen ist, und dass der Wegaufnehmer an dieser starren Verbindung montiert ist. Damit ist die unmittelbare Ankopplung des Wegaufnehmers am Aktuator unter Vermeidung von Zwischenstücken oder Leitungen zur Erzielung einer äußerst stabilen, robusten und kompakten Bauweise als auch gleichzeitig die Vermeidung von Meßungenauigkeiten in jeder beliebigen Lage des Aktuators möglich. Gleichzeitig kann der Aktuator wie ein nur etwas verlängerter herkömmlicher Arbeitszylinder eingebaut werden, ohne dass auf die Stellungsermittlung-Anordnung an dessen Ende speziell Rücksicht genommen werden muss.
Eine mechanisch besonders stabile Ausführungsform kann erreicht werden, wenn das starre Verbindungsstück durch eine Verlängerung des Zylinderrohres über das zweite Endstück hinaus bis zum Bodenelement gegeben ist.
Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Verlängerung des Zylinderrohres die zweite Kolbenstange rohrförmig, im wesentlichen zylindrisch, umgibt und mit einem Längsschlitz vorgesehen ist, durch welchen hindurch die zweite Kolbenstange mit dem Wegaufnehmer verbunden ist. Damit ist eine insgesamt äußerst starre Anordnung gegeben, in der auch die zweite Kolbenstange optimal gegenüber Verschmutzung und Beeinflussung durch andere Bauteile geschützt ist.
Eine baulich einfache Ankopplung des Wegaufnehmers an den Kolben des Aktuators kann gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal dadurch erreicht werden, dass die zweite Kolbenstange in an sich bekannter Weise starr mit dem Kolben verbunden ist, und dass daran ein vorzugsweise senkrecht zur zweiten Kolbenstange seitlich wegstehender Zapfen vorgesehen ist, welcher in eine Führung eingreift, die in einem mit dem Wegaufnehmer drehfest verbundenen und in einer zur Längsachse des Aktuators parallelen Ebene verschwenkbaren Hebel in dessen Längsrichtung eingearbeitet eingearbeitet ist, vorzugsweise als Langloch im Hebel, wodurch auch eine sichere Verbindung gewährleistet werden kann.
In besonders einfacher Weise und bei möglichst kompakter Bauweise ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Wegaufnehmer durch einen Drehsensor gebildet ist, der mit der zweiten Kolbenstange verbunden ist.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Wegaufnehmer an einer Montagelasche am Arbeitszylinder, vorzugsweise an der zylindrischen Verlängerung des Zylinderrohres, befestigt, wodurch eine einfache und funktionelle Befestigungsvariante gegeben ist.
In der nachfolgenden Beschreibung soll die Erfindung anhand eines in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
Dabei zeigt die Fig. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Aktuators und Fig. 2 ist ein Längsschnitt durch den Aktuator der Fig. 1.
Ein Zylinderrohr 1 ist mit Anschlüssen 2 zur Zufuhr und Ableitung des Arbeitsfluids, vorzugsweise eines Hydrauliköls, zu vorzugsweise beiden Arbeitsräumen 3 versehen, welche Arbeitsräume 3 im Bereich des Abschnittes 1a des Zylinderrohres 1 zwischen dem Kolben 4 und den beiden Endstücken 5, 6 gebildet sind. Damit ist ein doppelt-wirkender Arbeitszylinder gegeben, auf welche Ausführungsform die Erfindung aber nicht beschränkt ist. Vielmehr kann der erfindungsgemäße Aufbau auch für einfach-wirkende Aktuatoren übertragen werden, ebenso wie auf Aktuatoren mit anderen Arbeitsmedien, beispielsweise auf Pneumatikzylinder.
Eine erste Kolbenstange 7 ist durch das erste Endstück 5, welches den Deckel des Aktuators bildet, abgedichtet hindurchgeführt und trägt am äußeren Ende den Stangenkopf 8, der zur Ankopplung an ein weiteres Bauteil des Gesamtsystems ausgebildet ist.
An der der Kolbenstange 7 gegenüberliegenden Seite des Kolbens 4 ist eine zweite Kolbenstange 9 vorgesehen und in Längsrichtung starr daran befestigt. Vorzugsweise ist diese zweite Kolbenstange 9 genau in der Verlängerung der ersten Kolbenstange 7 fluchtend mit dieser vorgesehen. Beispielsweise könnten beide Kolbenstangen 7, 9 alsein einstückiger Bauteil ausgeführt und der Kolben 4 auf diesen Bauteil im wesentlichen mittig aufgesetzt sein.
Der Abschnitt 1b des Zylinderrohres 1 umgibt die zweite Kolbenstange 9 in Verlängerung des Abschnittes 1a und wird durch ein Bodenelement 10 an dem Ende des Aktuators abgeschlossen, das dem ersten Endstück 5 gegenüberliegt. Das Bodenelement 10 ist analog dem Stangenkopf 8 zur Ankopplung an ein weiteres Bauteil des Gesamtsystems ausgebildet.
Im Abschnitt 1b des Zylinderrohres 1 ist in dessen Längsrichtung ein Langloch 11 ausgeschnitten, durch welches Langloch 11 ein Zapfen 12 herausragt. Dieser Zapfen 11 ist mit der zweiten Kolbenstange 9 verbunden oder einstückig mit dieser ausgeführt und ragt davon seitlich weg, vorzugsweise im wesentlichen senkrecht auf deren Längsachse. Der Zapfen 12 greift in ein Langloch 13 ein, das in einem Hebel 14 ausgearbeitet ist, der wieder mit einem Drehsensor 15 als dem eigentlichen Wegaufnehmer drehfest verbunden ist. Der Drehsensor 15 ist direkt am Abschnitt 1b des Zylinderrohres 1, d.h. direkt auf dem erfindungsgemäßen Aktuator montiert, zu welchem Zweck der Abschnitt 1b beispielsweise eine seitlich wegragenden Montagelasche 16 aufweist.
Vorteilhafterweise liegt der Drehsensor 15 nicht in einer Ebene mit den Anschlüssen 2, sondern sind die beiden Ebenen, welche die Anschlüsse 2 bzw. den Drehsensor 15 oder dessen Montagelasche 16 enthalten, gegeneinander verschwenkt. Da der Hebel 14 im wesentlichen parallel zur Ebene des Drehsensors 15 bzw. der Montagelasche 16 ist, ist folglich auch der Längsschlitz 11 gegenüber der Ebene der Anschlüsse 2 um einen bestimmten Winkel versetzt.

Claims (6)

  1. Fluidbetätigter Aktuator, insbesonders hydraulischer Arbeitszylinder, mit einem hohlen Zylinderrohr (1), zwei Endstücken (5, 6), einem im Zylinderrohr durch die Wirkung eines Arbeitsfluids verschiebbaren Kolben (4) und zumindest einer mit dem Kolben verbundenen, durch eines der Endstücke abgedichtet herausgeführten Kolbenstange (7), und zumindest einem Anschluß (2) zur Einbringung des Arbeitsfluids in einen zwischen zumindest einem der Endstücke und dem Kolben gebildeten Arbeitsraum des Aktuators, wobei gegenüber der ersten Kolbenstange (7) eine zweite Kolbenstange (9) mit dem Kolben (4) verbunden ist, welche zweite Kolbenstange (9) durch das zweite Endstück (6) abgedichtet hindurchgeführt und mit einem Wegaufnehmer (15) gekoppelt ist, der an dem Ende des Aktuators vorgesehen ist, das der ersten Kolbenstange (7) gegenüber liegt, dadurch gekennzeichnet, dass ein starres Verbindungsstück (1b) vom zweiten Endstück (6) bis zu einem zur Ankopplung des Aktuators an ein beliebiges weiteres Bauteil ausgelegten Bodenelement (10) vorgesehen ist, und dass der Wegaufnehmer (15) an dieser starren Verbindung (1b) montiert ist.
  2. Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das starre Verbindungsstück durch eine Verlängerung (1b) des Zylinderrohres (1) über das zweite Endstück (6) hinaus bis zum Bodenelement (10) gebildet ist.
  3. Aktuator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlängerung (1b) des Zylinderrohres (1) die zweite Kolbenstange (9) rohrförmig, im wesentlichen zylindrisch, umgibt und mit einem Längsschlitz (11) versehen ist, durch welchen hindurch die zweite Kolbenstange (9) mit dem Wegaufnehmer (15) verbunden ist.
  4. Aktuator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kolbenstange (9) in an sich bekannter Weise starr mit dem Kolben (4) verbunden ist, und daß daran ein vorzugsweise senkrecht zur zweiten Kolbenstange (9) seitlich wegstehender Zapfen (12) vorgesehen ist, welcher in an sich bekannter Weise in eine Führung (13) eingreift, die in einem mit dem Wegaufnehmer (15) drehfest verbundenen und in einer zur Längsachse des Aktuators parallelen Ebene verschwenkbaren Hebel (14) in dessen Längsrichtung eingearbeitet ist, vorzugsweise als Langloch (13) im Hebel (14).
  5. Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wegaufnehmer in an sich bekannter Weise durch einen Drehsensor (15) gebildet ist, der mit der zweiten Kolbenstange (9) verbunden ist.
  6. Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wegaufnehmer (15) an einer Montagelasche (16) am Arbeitszylinder, vorzugsweise an der zylindrischen Verlängerung (1b) des Zylinderrohres (1), befestigt ist.
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