EP3293402A1 - Kolben-zylindervorrichtung und verwendung einer solchen - Google Patents

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EP3293402A1
EP3293402A1 EP17180250.7A EP17180250A EP3293402A1 EP 3293402 A1 EP3293402 A1 EP 3293402A1 EP 17180250 A EP17180250 A EP 17180250A EP 3293402 A1 EP3293402 A1 EP 3293402A1
Authority
EP
European Patent Office
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cylinder
piston rod
piston
strip
cylinder means
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP17180250.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Heiko Essinger
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.)
Elgo Electronic GmbH and Co KG
Original Assignee
Elgo Electronic GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Elgo Electronic GmbH and Co KG filed Critical Elgo Electronic GmbH and Co KG
Publication of EP3293402A1 publication Critical patent/EP3293402A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/20—Other details, e.g. assembly with regulating devices
    • F15B15/28—Means for indicating the position, e.g. end of stroke
    • F15B15/2815—Position sensing, i.e. means for continuous measurement of position, e.g. LVDT
    • F15B15/2846—Position sensing, i.e. means for continuous measurement of position, e.g. LVDT using detection of markings, e.g. markings on the piston rod
    • 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
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    • F15B15/2861—Position sensing, i.e. means for continuous measurement of position, e.g. LVDT using magnetic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F15B15/20—Other details, e.g. assembly with regulating devices
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    • F15B15/2815—Position sensing, i.e. means for continuous measurement of position, e.g. LVDT
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • 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 present invention relates to a piston-cylinder device according to the preamble of the main claim. Furthermore, the present invention relates to a use of such a piston-cylinder device.
  • Generic piston-cylinder devices in particular realized as hydraulic cylinder devices, are generally known from the prior art and are used for a multiplicity of positioning and movement applications; In this case, energy from a fluid introduced into the cylinder means, for example hydraulic fluid, is converted into a force acting along an axial or longitudinal movement of the piston rod pushed out of the cylinder means.
  • the cylinder means are designed as a single or double cylinder, the concrete structural realization of a generic piston-cylinder device is dependent on a respective setting or movement purpose and the forces required for it.
  • Such detector means may be configured in the simplest case as a position or limit switch, which can then be actuated with the achievement of an associated position and evaluated according to the detection.
  • switches usually do not permit continuous detection of movement between piston and cylinder means, and in particular also intermediate positions along a path of movement of the cylinder means are normally not detectable.
  • piston rod mechanically or optically acting or acting on the piston rod means it is in particular also known as to provide the piston rod, which is then suitably made of a magnetizable metal material, with a magnetization, so then, in cooperation with a or several, usually externally of the cylinder means and for cooperation with the pushed out of the cylinder rod piston rod magnetic field detectors, this detector purpose is realized.
  • the piston rod in order to allow such magnetization, the piston rod must be made of a suitable and magnetizable material.
  • the typical piston rods, however, for mechanical reasons or for power transmission (the usually high forces of a hydraulic cylinder) used steels are often not or only poorly magnetizable, so that the choice of material for the piston rod is not without problems and often represents a magnetically and mechanically balanced compromise, but not each realized an optimum.
  • Object of the present invention is therefore to realize a generic piston-cylinder device, in particular as a hydraulic cylinder device, which detector means are assigned for detecting a relative movement and / or relative position between the cylinder means and the piston means, in view of a precision, reliability and robustness of the detection in particular to improve a variable length dimension of the piston rod pushed out of the cylinder means (depending on its operating state).
  • a piston-cylinder device is cost-effective and potentially manufacturable to manufacture designed with limited effort.
  • the invention provides, at least in sections, along the piston rod, and here along its pushed or pushed out of the cylinder means, a longitudinal groove, which runs axially parallel to the piston rod and in which a along the longitudinal extension magnetically coded strip is introduced.
  • This strip is then scanned according to the invention by the detector means provided for coaction with the coded strip on the cylinder means, typically at or adjacent an exit region of the piston rod from the cylinder means are.
  • the piston rod according to the invention is rotatably guided relative to the cylinder means, at least so that the pushed out of the cylinder means or push out longitudinal groove, as rotatably guided, not against the typically fixedly attached to the cylinder means detector means not twisted and so along a complete measuring path (measuring path), a homogeneous measurement and thus a constant, reliable and especially for stressed operating environments suitable signal quality can be achieved.
  • the present invention makes it possible, in an advantageous manner, for the magnetically coded strip, prior to insertion into the longitudinal groove of the piston rod, to be magnetized externally and detached from it, of high quality, suitable for series production and with customary magnetization technologies, so that in particular also complex and potentially high-resolution Coding patterns, both relative and absolute-acting codings are generated.
  • a ready magnetically coded strip is introduced into the longitudinal groove, for example by pressing, folding or curling, wherein, according to a preferred embodiment of the invention, the coded strip radially outside a metallic cover strip assigned (superimposed), the magnetic itself is nonconductive and usually extends along the coded strip (more preferably along the entire length of the magnetically coded strip).
  • This cover strip is also designed so that it closes the longitudinal groove coat or on the outside, more preferably and in the context of particularly favorable developments of the invention this closure gaps and / or infinitely, so that approximately in the case of a cylindrical, plunger-like piston rod, this obtains a homogeneous cylindrical shell or outer surface and thus in particular also actuating applications, in which the piston rod cooperates at an end-side engagement end with a setting or actuation partner, remain unimpaired.
  • this cover strip is preferably metallic, so that usually in the context of the production of the coded piston rod, namely after the introduction of the magnetically coded strip and the application of the cover strip thereon in the longitudinal groove, this arrangement for effecting the further advantageous planar uniformity (ie step and gapless closing) nor a metalworking is required, which can be done in an otherwise known manner by grinding and / or by a metal cutting machining.
  • this anticorrosive layer prevents inadvertent corrosion of the masking tape and is more preferably produced as a thin film by an electrochemical coating process, alternatively by a vapor deposition process.
  • the cover strip applied to the magnetically coded strip is advantageous according to the invention and has a further development of chromium-nickel steel, which combines favorable, non-magnetic properties (in order to permit a scanning of the code strip from radially outside) with favorable mechanical properties.
  • the then appropriately sanded or adapted to the cylindrical outer surface of the plunger (piston rod) cover strip is then coated with a corrosion layer, which is typically between 10 .mu.m and 50 .mu.m thick, protects the cover strip and possibly also circumferentially applied to the entire cylinder.
  • a magnetic field detector (as an arrangement of one or a plurality of the code strip through the cover strip through magnetically cooperating sensors) is provided at an end or output region of the cylinder (cylinder means) that along the for Length measurement provided along the detector path and this magnetic field detection potentially more continuous, even if, in the context of alternative embodiments, only at predetermined times or otherwise discontinuous detection can be set up.
  • an absolute position detection is possible (with the associated advantage that, even without a defined piston rod initial position or with the possibility of interim sensor deactivation), a current relative position of the piston rod (and thus also the piston means) relative to the cylinder means is detectable.
  • an incremental or relative coding can also be provided, in which starting usually from a stop, end or fixed position, then a current relative position can be determined by continuous measurement. It is also possible in all these cases in an otherwise known manner by interpolation and using further, provided in predetermined phase positions magnetic field sensors interpolation or detail resolution of such a measurement.
  • the present invention is suitable in principle for almost any applications and is in particular able to ensure a reliable position or travel or movement detection for a large extension length of the piston rod from the cylinder means.
  • the high signal and detector quality makes the invention particularly suitable for applications in which it depends on a high precision of this measurement, without that environmental influences such as pollution or heat can have significantly harmful effects here.
  • the present invention is not limited to this technology, but more particularly, it is also an alternative piston-cylinder device, such as pneumatic cylinders or the like.
  • the Fig. 1 shows in the schematic longitudinal sectional view of a hydraulic cylinder device having a in a cylinder 10 (cylinder means) guided piston unit (piston means) 12.
  • the piston rod 14 extends out of the cylinder 10 in response to a filling of a pressure chamber 11 with hydraulic fluid along a direction of movement 16.
  • the piston rod 14 is provided with a longitudinal groove 18 which extends axially parallel along the extension of the piston rod 14 and, as the associated cross-sectional view of Fig. 2 illustrated, is provided for magnetic interaction with a magnetic detector unit 20 at the exit end of the cylinder 10.
  • the piston unit 12 is guided rotatably in the cylinder 10, so that in particular the relative position between the groove 18 and the sensor unit 20 shown schematically is invariable.
  • a magnetically coded strip 22 is introduced, which consists of a magnetized or magnetizable particles provided polymer in an otherwise known manner and, according to the intended use of the device, with an absolute or an incremental or periodic coding is provided.
  • Magnetic field detectors contained in the detector unit 20 detect this magnetization in the (usually non-contact) confronting with the plunger 14 and set this in otherwise known Way in a position and / or motion signal for further electronic evaluation.
  • the magnetically coded strip 22 on the bottom side has a metallic return path strip. Opposite this is the magnetically coded strip 22 covered with a cover strip 24 made of a Cr-Ni steel material, which, after being inserted into the groove 18, into the cylindrical shape (thus the circular shape of the sectional view of Fig. 2 ) was sanded. This arrangement in turn is provided after the grinding with a corrosion protection layer, which (again in otherwise known manner) was deposited electrochemically on the cover strip.
  • approximately the magnetically coded band 22 (including the return band) has a thickness typically between 1.5 mm and 2 mm, so that then the cover band 24, with a typical groove depth of 5-6 mm, approximately 3 mm to 4 mm , 5 mm thick (at its thickest point).
  • the applied corrosion protection layer 26 does not significantly fall with a typical thickness of about 20 ⁇ m to 30 ⁇ m with regard to the radial extent.
  • the present invention is not limited to the embodiment shown or the dimensioning described only by way of example, but almost any embodiments, both the (hydraulic) cylinder device itself and the further embodiment of the longitudinal groove with coding provided therein are possible, so according to a respective and with regard to an extension length to be monitored positioning purpose adaptability to almost any conditions exists.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kolben-Zylindervorrichtung, insbesondere Hydraulikzylindervorrichtung, mit innerhalb von Zylindermitteln(10) bewegbar geführten und eine Kolbenstange (14) zum zylinderexternen Zusammenwirken mit einem Betätigungspartner aufweisenden Kolberimitteln (12), denen Detektormittel (20) zum Erfassen einer Relativbewegung und/oder Relativposition zwischen den Zylindermitteln und den Kolbenmitteln, insbesondere zum Erfassen eines aus den Zylindermitteln herausgeschobenen Längenmaßes der Kolbenstange, zugeordnet sind, wobei die drehfest gegenüber den Zylindermitteln geführte Kolbenstange zumindest abschnittsweise entlang ihrer aus den Zylindermitteln herausgeschobenen oder herausschiebbaren Längserstreckung eine achsparallel verlaufende Längsnut (18) aufweist, in welche ein entlang der Längserstreckung magnetisch codierter Streifen (22) eingebracht ist, und die Detektormittel einen zum magnetischen Zusammenwirken mit dem codierten Streifen ausgebildeten und an den Zylindermitteln vorgesehenen Magnetfeldsensor aufweisen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kolben-Zylindervorrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Verwendung einer derartigen Kolben-Zylindervorrichtung.
  • Aus dem Stand der Technik sind gattungsgemäße KolbenZylindervorrichtungen, insbesondere realisiert als Hydraulikzylindervorrichtungen, allgemein bekannt und werden für eine Vielzahl von Stell- und Bewegungsanwendungen eingesetzt; dabei wird Energie aus einem in Zylindermittel eingebrachten Fluid, etwa Hydraulikflüssigkeit, in eine entlang einer Axial- bzw. Längsbewegung wirkende Kraft der aus den Zylindermitteln herausgeschobenen Kolbenstange umgesetzt. Je nach konkreter Anwendung sind dabei die Zylindermittel als Einzel- oder Doppelzylinder ausgestaltet, wobei die konkrete konstruktive Realisierung einer gattungsgemäßen Kolben-Zylindervorrichtung von einem jeweiligen Stell- bzw. Bewegungszweck sowie den dafür erforderlichen Kräften abhängig ist.
  • Prinzipiell aus dem Stand der Technik bekannt ist es ferner, eine Position der Kolbenmittel bzw. ein Längenmaß einer zugeordneten Kolbenstange im jeweiligen Betriebszustand relativ zu den Zylindermitteln zu erfassen. Derartige Detektormittel können etwa im einfachsten Fall als Positions-oder Endschalter ausgestaltet sein, welche dann mit dem Erreichen einer zugeordneten Position betätigt und entsprechend zur Detektion ausgewertet werden können. Allerdings ermöglichen derartige Schalter üblicherweise keine kontinuierliche Feststellung einer Bewegung zwischen Kolben-und Zylindermitteln, und insbesondere auch Zwischenpositionen entlang eines Pfades der Bewegung der Zylindermittel sind im Regelfall nicht erfassbar.
  • Neben hier prinzipiell denkbaren, mechanisch oder optisch wirkenden bzw. an die Kolbenstange angreifenden Mitteln ist es insbesondere auch als bekannt vorauszusetzen, die Kolbenstange, welche dann geeignet aus einem magnetisierbaren Metallmaterial gefertigt ist, mit einer Magnetisierung zu versehen, sodass dann, im Zusammenwirken mit einem oder mehreren, üblicherweise extern der Zylindermittel und zum Zusammenwirken mit der aus den Zylindermitteln herausgeschobenen Kolbenstange ausgebildeten Magnetfelddetektoren, dieser Detektorzweck realisiert ist.
  • Allerdings ist insbesondere eine Magnetisierung einer (typischerweise stößelartig-zylindrisch ausgebildeten) Kolbenstange fertigungstechnisch problematisch und benötigt auch einen Kompromiss hinsichtlich der Materialwahl: So ist insbesondere eine sich entlang eines vorbestimmten Abschnitts axial erstreckende Magnetisierung unmittelbar auf einer Kolbenstange nur mit hohem aparativen Aufwand aufbringbar, da etwa entsprechende Magnetisierungsspulen relativ aufwendig zur Kolbenstange positioniert und ggf. bewegt werden müssen. Dies limitiert zumindest die Präzision und Genauigkeit einer derartigen Magnetisierung.
  • Zudem muss, zum Ermöglichen einer derartigen Magnetisierung, die Kolbenstange aus einem geeigneten und magnetisierbaren Material geschaffen sein. Die typischen Kolbenstangen dagegen, aus mechanischen Gründen bzw. zur Kraftübertragung (der üblicherweise hohen Kräfte eines Hydraulikzylinders) verwendeten Stähle sind dagegen oft nicht oder nur schlecht magnetisierbar, sodass die Materialwahl für die Kolbenstange nicht unproblematisch ist und häufig einen magnetisch und mechanisch abgestimmten Kompromiss darstellt, nicht jedoch jeweils ein Optimum realisiert.
  • Schließlich ist ein prinzipieller Nachteil einer als prinzipiell möglich bzw. bekannt vorauszusetzenden Voll- bzw. Umfangsmagnetisierung zumindest eines Längsabschnitts einer Kolbenstange, dass der magnetisierte Bereich entsprechend dem Einsatzzweck des Hydraulikzylinders und einer Betriebsumgebung beträchtlichen Umwelteinflüssen wie Wärme oder Verschmutzung ausgesetzt ist, sodass hier auch die Gefahr besteht, dass etwa eine aufgebrachte Codierung in ihrer Magnetisierungsqualität leidet bzw. nicht mehr optimal abgetastet werden kann.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine gattungsgemäße Kolben-Zylindervorrichtung, insbesondere zu realisieren als Hydraulikzylindervorrichtung, welcher Detektormittel zum Erfassen einer Relativbewegung und/oder Relativposition zwischen den Zylindermitteln und den Kolbenmitteln zugeordnet sind, im Hinblick auf eine Präzision, Zuverlässigkeit und Robustheit der Erfassung, insbesondere eines aus den Zylindermitteln herausgeschobenen variablen Längenmaßes der Kolbenstange (abhängig von seinem Betriebszustand) zu verbessern. Dabei ist eine derartige Kolben-Zylindervorrichtung mit begrenztem Aufwand kostengünstig und potentiell serientauglich fertigbar auszugestalten.
  • Die Aufgabe wird durch die Kolben-Zylindervorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise sieht die Erfindung zumindest abschnittsweise entlang der Kolbenstange, und hier entlang ihres aus den Zylindermitteln herausgeschobenen bzw. herausschiebbaren Bereichs, eine Längsnut vor, welche achsparallel zur Kolbenstange verläuft und in welcher ein entlang der Längserstreckung magnetisch codierter Streifen eingebracht ist. Dieser Streifen wird dann erfindungsgemäß durch die Detektormittel abgetastet, welche zum Zusammenwirken mit dem codierten Streifen an den Zylindermitteln, typischerweise an oder benachbart eines Austrittsbereichs der Kolbenstange aus den Zylindermitteln, vorgesehen sind. Diese Lösung wird dabei durch die technische Maßnahme ermöglicht, dass die erfindungsgemäße Kolbenstange drehfest gegenüber den Zylindermitteln geführt ist, zumindest so, dass die aus den Zylindermitteln herausgeschobene bzw. herausschiebbare Längsnut, da drehfest geführt, sich gegenüber den typischerweise fest an den Zylindermitteln befestigten Detektormitteln nicht verdreht und so entlang eines gesamten Messweges (Messpfades) eine homogene Messung und damit eine konstante, zuverlässige und insbesondere auch für belastete Einsatzumgebungen geeignete Signalqualität erzielt werden kann.
  • Dabei ermöglicht es die vorliegende Erfindung zusätzlich vorteilhaft, dass der magnetisch codierte Streifen, vor dem Einbringen in die Längsnut der Kolbenstange, extern und losgelöst von dieser, qualitativ hochwertig, gleichzeitig serientauglich und mit üblichen Magnetisierungstechnologien magnetisiert werden kann, sodass insbesondere auch komplexe und potentiell hochauflösende Codierungsmuster, sowohl relativ als auch absolut wirkende Codierungen, erzeugbar sind.
  • Im Rahmen der Erfindung ist dann ein fertig magnetisch codierter Streifen in die Längsnut eingebracht, etwa durch Einpressen, Einfalten oder Einrollen, wobei, entsprechend einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung, dem codierten Streifen radial außenseitig ein metallischer Abdeckstreifen zugeordnet (überlagert) ist, der selbst magnetisch nicht leitend ist und sich üblicherweise entlang des codierten Streifens (weiter bevorzugt entlang der gesamten Länge des magnetisch codierten Streifens) erstreckt. Dieser Abdeckstreifen ist zudem so ausgebildet, dass er die Längsnut mantel- bzw. außenseitig verschließt, wobei weiter bevorzugt und im Rahmen besonders günstiger Weiterbildungen der Erfindung dieses Verschließen lücken- und/oder stufenlos erfolgt, sodass etwa im Fall einer zylindrischen, stößelartigen Kolbenstange, diese eine homogene zylindrische Mantel- bzw. Außenfläche erhält und so insbesondere auch Stellanwendungen, bei welchen die Kolbenstange an einem endseitigen Eingriffsende mit einem Stell- bzw. Betätigungspartner zusammenwirkt, unbeeinträchtigt bleiben.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist dieser Abdeckstreifen bevorzugt metallisch, sodass üblicherweise im Rahmen der Herstellung der codierten Kolbenstange, nämlich nach dem Einbringen des magnetisch codierten Streifens und dem Aufbringen des Abdeckstreifens darauf in der Längsnut, diese Anordnung zum Bewirken der weiterbildungsgemäß vorteilhaften flächenmäßigen Homogenität (d.h. stufen- und lückenloses Verschließen) noch eine Metallbearbeitung erforderlich ist, welche in ansonsten bekannter Weise durch Schleifen und/oder durch eine spanende Metallbearbeitung erfolgen kann.
  • Zusätzlich weiterbildend und ergänzend ist es im Rahmen einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorteilhaft, diese Anordnung, nach dem Herstellen der Flächenhomogenität, noch außenseitig (d.h. mantelseitig) mit einer Korrosionsschutzschicht zu versehen. Diese Korrosionsschutzschicht verhindert insbesondere eine unbeabsichtigte Korrosion des Abdeckstreifens und wird weiter bevorzugt als dünne Schicht durch ein elektrochemisches Beschichtungsverfahren, alternativ durch ein Verfahren einer Gasphasenabscheidung, hergestellt.
  • Auf die beschriebene Vorgehensweise lässt sich somit eine Anordnung erzeugen, welche, etwa in radialer Richtung der Kolbenstange ausgehend von einem Mittelpunkt des für den vorgesehenen Belastungszweck optimierten Kolbenstangen-Metallmaterials, zunächst eingebracht in die Längsnut den magnetisch codierten Streifen aufweist, welcher üblicherweise aus einem bandförmigen Polymermaterial besteht, in welches magnetisierte bzw. magnetisierbare Partikel eingebracht sind. Üblichweise ist zudem dieses Band noch rückseitig (im Rahmen der Geometrie der Kolben-Zylindervorrichtung damit radial-innenseitig) mit einem Rückschlussband versehen, welches aus einem magnetisch leitenden Material, etwa einem Metallstreifen, realisiert ist. Der auf dem magnetisch codierten Streifen aufgebrachte Abdeckstreifen ist erfindungsgemäß vorteilhaft und weiterbildend aus Chrom-Nickel-Stahl, welcher günstige, nicht magnetische Eigenschaften (um ein Abtasten des Codebandes von radial außenseitig zu ermöglichen) mit günstigen mechanischen Eigenschaften kombiniert. Der dann geeignet verschliffene bzw. an den zylindrischen Außenmantel des Stößels (Kolbenstange) angepasste Abdeckstreifen ist dann mit einer Korrosionsschicht beschichtet, welche, typischerweise zwischen 10µm und 50µm dick ist, den Abdeckstreifen schützt und ggf. auch umlaufend um den Gesamtzylinder aufgebracht sein kann.
  • Im Rahmen bevorzugter Weiterbildungen der Erfindung ist dann ein Magnetfelddetektor (als Anordnung von einer oder einer Mehrzahl von mit dem Codestreifen durch den Abdeckstreifen hindurch magnetisch zusammenwirkenden Sensoren) so an einem End- bzw. Ausgangsbereich des Zylinders (Zylindermittel) vorgesehen, dass entlang der für die Längenmessung vorgesehenen Erstreckung bzw. entlang des Detektorpfades diese Magnetfelddetektion potentiell kontinuierlicher folgen kann, auch wenn, im Rahmen alternativer Ausgestaltungen, lediglich zu vorbestimmten Zeitpunkten oder auf andere Weise diskontinuierlich die Detektion eingerichtet sein kann.
  • Wiederum abhängig von der Art der magnetischen Codierung ist dabei eine absolute Positionserfassung möglich (mit dem damit verbundenen Vorteil, dass, auch ohne eine definierte Kolbenstangen-Ausgangsposition bzw. mit der Möglichkeit einer zwischenzeitlichen Sensor-Deaktivierung), eine aktuelle Relativposition der Kolbenstange (und damit auch der Kolbenmittel) relativ zu den Zylindermitteln feststellbar ist. Alternativ kann auch eine Inkremental- bzw. Relativcodierung vorgesehen sein, bei welcher, ausgehend üblicherweise von einer Anschlags-, End- oder Festposition, dann eine aktuelle Relativposition durch kontinuierliche Messung ermittelbar ist. Auch ist in all diesen Fällen in ansonsten bekannter Weise durch Interpolation und unter Nutzung weiterer, in vorbestimmten Phasenpositionen vorgesehener Magnetfeldsensoren eine Interpolation bzw. Detailauflösung einer solchen Messung möglich.
  • Damit eignet sich die vorliegende Erfindung prinzipiell für nahezu beliebige Anwendungen und ist insbesondere in der Lage, für eine große Auszugslänge der Kolbenstange aus den Zylindermitteln eine zuverlässige Positions- bzw. Weg- bzw. Bewegungserfassung sicherzustellen. Die hohe Signal- und Detektorgüte macht damit die Erfindung insbesondere auch geeignet für Anwendungen, bei welchen es auf eine hohe Präzision dieser Messung ankommt, ohne dass etwa Umwelteinflüsse wie Verschmutzung oder Wärme hier signifikant schädliche Auswirkungen haben können.
  • Während zudem die bevorzugte Verwendung der vorliegenden Erfindung ein Hydraulikzylinder ist, ist gleichwohl die vorliegende Erfindung nicht auf diese Technologie beschränkt, vielmehr eignet sie sich insbesondere auch eine alternative Kolben-Zylindervorrichtung, wie etwa Pneumatikzylinder oder dergleichen.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in
    • Fig. 1
    eine schematische Längsschnittansicht durch die Kolben-Zylindervorrichtung gemäß einem ersten prinzipiellen Ausführungsbeispiel bei Ausgestaltung als Einzelzylinder und
    Fig. 2:
    eine Querschnittsansicht durch die Kolbenstange zum Verdeutlichen der mit dem magnetisch codieren Streifen, den Abdeckstreifen und die Korrosionsschutzschicht aufweisenden Längsnut.
  • Die Fig. 1 zeigt in der schematischen Längsschnittansicht eine Hydraulikzylindervorrichtung, welche eine in einem Zylinder 10 (Zylindermittel) geführte Kolbeneinheit (Kolbenmittel) 12 aufweist. Deren Kolbenstange 14 erstreckt sich als Reaktion auf eine Befüllung einer Druckkammer 11 mit Hydraulikfluid entlang einer Bewegungsrichtung 16 aus dem Zylinder 10.
  • Wie zudem die Fig. 1 schematisch verdeutlicht, ist die Kolbenstange 14 mit einer Längsnut 18 versehen, welche sich achsparallel entlang der Erstreckung der Kolbenstange 14 erstreckt und, wie die zugehörige Querschnittsansicht der Fig. 2 verdeutlicht, zum magnetischen Zusammenwirken mit einer magnetischen Detektoreinheit 20 am austrittsseitigen Ende des Zylinders 10 vorgesehen ist. Die Kolbeneinheit 12 ist dabei im Zylinder 10 drehfest geführt, sodass insbesondere die Relativposition zwischen der Nut 18 und der schematisch gezeigten Sensoreinheit 20 unveränderlich ist.
  • Wie die Fig. 2 diesbezüglich verdeutlicht, ist in den Nutengrund der querschnittlich und rechtwinklig U-förmigen Nut 18 ein magnetisch codierter Streifen 22 eingebracht, welcher in ansonsten bekannter Weise aus einem mit magnetisierten bzw. magnetisierbaren Partikeln versehenen Polymer besteht und, entsprechend dem Einsatzzweck der Vorrichtung, mit einer absoluten oder einer inkrementellen bzw. periodischen Codierung versehen ist. In der Detektoreinheit 20 enthaltene Magnetfelddetektoren erfassen im (üblicherweise berührungslosen) Gegenüberstehen mit dem Stößel 14 diese Magnetisierung und setzen diese in ansonsten bekannter Weise in ein Positions- und/oder Bewegungssignal zur weiteren elektronischen Auswertung um.
  • Wie die Fig. 2 zusätzlich verdeutlicht, weist der magnetisch codierte Streifen 22 bodenseitig (d.h. in Richtung auf den Nutenboden) einen metallischen Rückschlussstreifen auf. Diesem entgegengesetzt ist der magnetisch codierte Streifen 22 abgedeckt mit einem Abdeckstreifen 24 aus einem Cr-Ni-Stahlmaterial, welches, nach dem Einlegen bzw. Einpressen in die Nut 18, in die Zylinderform (damit die Kreisform der Schnittansicht der Fig. 2) verschliffen wurde. Diese Anordnung wiederum ist nach dem Verschleifen versehen mit einer Korrosionsschutzschicht, welche (wiederum in ansonsten bekannter Weise) elektrochemisch auf dem Abdeckstreifen abgeschieden wurde.
  • Bei einem exemplarischen Durchmesser der Kolbenstange 14 in Fig. 1, Fig. 2 von 15 mm weist dabei etwa das magnetisch codierte Band 22 (samt Rückschlussband) eine Dicke typischerweise zwischen 1,5 mm und 2 mm auf, sodass dann der Abdeckstreifen 24, bei einer typischen Nuttiefe von 5-6 mm, ca. 3 mm bis 4,5 mm dick ist (an seiner dicksten Stelle). Die aufgebrachte Korrosionsschutzschicht 26 fällt mit einer typischen Dicke von ca. 20µm bis 30µm im Hinblick auf die Radialerstreckung nicht signifikant ins Gewicht.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel bzw. die lediglich exemplarisch beschriebene Dimensionierung beschränkt, vielmehr sind nahezu beliebige Ausgestaltungen, sowohl der (Hydraulik-)Zylindervorrichtung selbst als auch der weiteren Ausgestaltung der Längsnut mit darin vorgesehener Codierung möglich, sodass entsprechend einem jeweiligen und im Hinblick auf eine Auszugslänge zu überwachenden Stellzweck eine Anpassbarkeit an nahezu beliebige Bedingungen besteht.

Claims (9)

  1. Kolben-Zylindervorrichtung, insbesondere Hydraulikzylindervorrichtung, mit innerhalb von Zylindermitteln(10) bewegbar geführten und eine Kolbenstange (14) zum zylinder-externen Zusammenwirken mit einem Betätigungspartner aufweisenden Kolbenmitteln (12),
    denen Detektormittel (20) zum Erfassen einer Relativbewegung und/oder Relativposition zwischen den Zylindermitteln und den Kolbenmitteln, insbesondere zum Erfassen eines aus den Zylindermitteln herausgeschobenen Längenmaßes der Kolbenstange, zugeordnet sind,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die drehfest gegenüber den Zylindermitteln geführte Kolbenstange zumindest abschnittsweise entlang ihrer aus den Zylindermitteln herausgeschobenen oder herausschiebbaren Längserstreckung eine achsparallel verlaufende Längsnut (18) aufweist,
    in welche ein entlang der Längserstreckung magnetisch codierter Streifen (22) eingebracht ist,
    und die Detektormittel einen zum magnetischen Zusammenwirken mit dem codierten Streifen ausgebildeten und an den Zylindermitteln vorgesehenen Magnetfeldsensor aufweisen.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem codierten Streifen radial außenseitig ein metallischer, magnetisch nicht leitender und sich entlang des codierten Streifens erstreckender Abdeckstreifen (24) zugeordnet ist, der so ausgebildet ist, dass er die Längsnut unter Ausbildung eines bevorzugt lücken- und/oder stufenlosen Mantelabschnitts verschließt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (14) zumindest im Bereich der Längsnut zylindrisch ausgebildet ist und der Abdeckstreifen einen zylindrischen Mantelabschnitt der Kolbenstange ausbildet.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abdeckstreifen nach einem Einbringen in die Längsnut durch Schleifen und/oder eine spanende Metallbearbeitung in die das lückenlose bzw. stufenlose Verschließen bewirkende Form gebracht wurde.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abdeckstreifen (24) mantelseitig mit einer Korrosionsschutzschicht (26) versehen ist, die insbesondere nach einem Einbringen des Abdeckstreifens in die Längsnut und einer Formanpassung des Abdeckstreifens an das umgebende Material der Kolbenstange (14) aufgebracht ist, weiter bevorzugt durch ein elektrochemisches oder Gasphasenabscheidungs-Beschichtungsverfahren.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrosionsschutzschicht eine Dicke im Bereich zwischen 10µm und 50µm, insbesondere zwischen 20µm und 35µm, aufweist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetisch codierte Streifen (22) ein mit magnetisierten und/oder magnetisierbaren Partikeln versehenes bandförmiges Polymermaterial aufweist, welches auf einer radial innen liegenden Flachseite mit einem Rückschlussband aus magnetisch leitendem Material versehen ist.
  8. Vorrichtung der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis der in radialer Richtung durch eine Mitte der Längsnut gemessenen Dicken des radial innenseitig ein Rückschlussband aufweisenden magnetisch codierten Streifens bezogen auf den Deckstreifen zwischen 1:1 und 1:4, insbesondere zwischen 1:1,5 und 1:2,5, beträgt.
  9. Verwendung der Kolben-Zylindervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in einem Antriebskontext unter zumindest zeitweiser Messung einer aktuellen Auszugslänge der Kolbenstange aus den Zylindermitteln durch elektronische Auswertung eines Detektorsignals der Detektormittel.
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