DE102022108282A1 - Cylinder piston device with position measuring device - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zylinderkolbenvorrichtung (10) umfassend einen Fluidzylinder (12), einen diesem gegenüber entlang einer Längsrichtung (14) axial verschiebbaren Kolben (16) und eine Wegmessvorrichtung (24), zur Erfassung einer Kolbenbewegung (26) des Kolbens (16) gegenüber dem Fluidzylinder (12), wobei die Wegmessvorrichtung (24) ein elastisch verformbares Dehnelement (28) mit wenigstens einem Messelement (30) aufweist, das einer von der Kolbenposition (x) abhängigen Dehnung unterliegt und eine abhängig von der Dehnung veränderliche Messgröße (M) bereitstellt.The invention relates to a cylinder-piston device (10) comprising a fluid cylinder (12), a piston (16) which can be axially displaceable relative to it along a longitudinal direction (14), and a displacement measuring device (24) for detecting a piston movement (26) of the piston (16). the fluid cylinder (12), the displacement measuring device (24) having an elastically deformable expansion element (28) with at least one measuring element (30), which is subject to an expansion dependent on the piston position (x) and a measurement variable (M) that varies depending on the expansion provides.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zylinderkolbenvorrichtung mit einem Fluidzylinder, einem diesem gegenüber entlang einer Längsrichtung axial verschiebbaren Kolben und einer Wegmessvorrichtung zur Erfassung einer Kolbenbewegung des Kolbens gegenüber dem Fluidzylinder.The invention relates to a cylinder piston device with a fluid cylinder, a piston which can be axially displaceable relative to it along a longitudinal direction, and a displacement measuring device for detecting a piston movement of the piston relative to the fluid cylinder.

In WO 2013 026 080 A2 ist eine Positionsmessvorrichtung für einen Fluidzylinder beschrieben, bei der ein auf einer Kolbenstange eines gegenüber dem Fluidzylinder axial verschiebbaren Kolbens angebrachtes Codemuster über einen optischen Sensor an dem Fluidzylinder und damit die Kolbenposition des Kolbens erfasst wird.In WO 2013 026 080 A2 a position measuring device for a fluid cylinder is described, in which a code pattern attached to a piston rod of a piston that is axially displaceable relative to the fluid cylinder is detected via an optical sensor on the fluid cylinder and thus the piston position of the piston.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Kolbenbewegung zuverlässiger zu erfassen. Die Zylinderkolbenvorrichtung soll kostengünstiger, bauraumsparender, robuster und weniger fehleranfällig ausgeführt werden.The object of the present invention is to detect piston movement more reliably. The cylinder piston device should be designed to be more cost-effective, space-saving, robust and less error-prone.

Wenigstens eine dieser Aufgaben wird durch eine Zylinderkolbenvorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.At least one of these tasks is solved by a cylinder-piston device with the features according to claim 1. Advantageous refinements can be found in the dependent claims.

Bei einer Zylinderkolbenvorrichtung der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Wegmessvorrichtung ein elastisch verformbares Dehnelement mit wenigstens einem Messelement aufweist, das einer von der Kolbenposition abhängigen Dehnung unterliegt und eine abhängig von der Dehnung veränderliche Messgröße bereitstellt. Dadurch kann die Kolbenbewegung genau und zuverlässig erfasst werden. Die Wegmessvorrichtung kann einfach und flexibel angeordnet und leicht an die Größe des Fluidzylinders angepasst werden. Die Zylinderkolbenvorrichtung kann kostengünstiger ausgeführt werden. In a cylinder piston device of the type mentioned at the outset, it is provided according to the invention that the displacement measuring device has an elastically deformable expansion element with at least one measuring element, which is subject to an expansion dependent on the piston position and provides a variable that is variable depending on the expansion. This allows the piston movement to be recorded accurately and reliably. The position measuring device can be arranged simply and flexibly and easily adapted to the size of the fluid cylinder. The cylinder piston device can be made more cost-effective.

Der Fluidzylinder kann mit einem Fluid, beispielsweise einer Hydraulikflüssigkeit, insbesondere einem Hydrauliköl, befüllt sein. Das Fluid kann in einem Kolbenraum des Fluidzylinders aufgenommen sein. Eine Bewegung des Kolbens kann von einem Fluiddruck des Fluids abhängig sein. Der Kolben kann gegenüber dem Fluidzylinder abdichtend gelagert sein. Zwischen dem Fluidzylinder und dem Kolben kann wenigstens eine Dichtung angeordnet sein.The fluid cylinder can be filled with a fluid, for example a hydraulic fluid, in particular a hydraulic oil. The fluid can be accommodated in a piston chamber of the fluid cylinder. A movement of the piston can be dependent on a fluid pressure of the fluid. The piston can be mounted in a sealing manner relative to the fluid cylinder. At least one seal can be arranged between the fluid cylinder and the piston.

Das Fluid kann eine Flüssigkeit, insbesondere eine Hydraulikflüssigkeit, beispielsweise ein Hydrauliköl, sein.The fluid can be a liquid, in particular a hydraulic fluid, for example a hydraulic oil.

Der Fluidzylinder kann ein Hydraulikzylinder sein. Der Fluidzylinder kann beispielsweise ein Lenkzylinder, Fahrerhauszylinder, Federungszylinder, Abstützzylinder, Ausschiebezylinder oder Presszylinder sein. Der Fluidzylinder kann ein Teleskopzylinder, bevorzugt ein Kippzylinder, sein. Der Fluidzylinder kann in einem Roboter oder einem Fahrzeug, insbesondere in einem Nutzfahrzeug, beispielsweise einem landwirtschaftlichen Fahrzeug, eingebaut sein. Der Fluidzylinder kann einfach oder doppeltwirkend aufgebaut sein. Neben Hydraulikzylindern sind auch Pneumatikzylinder im Rahmen der Erfindung mit umfasst.The fluid cylinder can be a hydraulic cylinder. The fluid cylinder can be, for example, a steering cylinder, cab cylinder, suspension cylinder, support cylinder, push-out cylinder or press cylinder. The fluid cylinder can be a telescopic cylinder, preferably a tilting cylinder. The fluid cylinder can be installed in a robot or a vehicle, in particular in a commercial vehicle, for example an agricultural vehicle. The fluid cylinder can be designed to be single-acting or double-acting. In addition to hydraulic cylinders, pneumatic cylinders are also included in the scope of the invention.

Die Wegmessvorrichtung kann außerhalb oder innerhalb von dem Fluidzylinder angeordnet sein. Die Wegmessvorrichtung kann in dem mit Fluid befüllten Kolbenraum angeordnet sein.The distance measuring device can be arranged outside or inside the fluid cylinder. The displacement measuring device can be arranged in the piston chamber filled with fluid.

Das Dehnelement kann mit einer Dehnung von wenigstens 100% elastisch verformbar sein. In typischen Anwendungen kann das Dehnelement sogar eine Dehnbarkeit von 300% aufweisen.The expansion element can be elastically deformable with an expansion of at least 100%. In typical applications, the expansion element can even have an elasticity of 300%.

Das Dehnelement kann bandförmig oder drahtförmig ausgeführt sein. Das Dehnelement kann zwischen dem Fluidzylinder und dem Kolben einfach oder wenigstens doppelt, bevorzugt mit einer Umlenkung an einer Aufnahme an dem Fluidzylinder oder dem Kolben, verlaufend angeordnet sein.The expansion element can be tape-shaped or wire-shaped. The expansion element can be arranged to run single or at least double, preferably with a deflection on a receptacle on the fluid cylinder or the piston, between the fluid cylinder and the piston.

Ein Zusammenhang zwischen der Dehnung und der Messgröße kann linear und/oder nichtlinear sein.A relationship between the strain and the measured variable can be linear and/or non-linear.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die Wegmessvorrichtung eine Kolbenposition des Kolbens gegenüber dem Fluidzylinder erfasst. Eine Kolbenposition kann durch die Kolbenbewegung veränderlich sein. Die Wegmessvorrichtung kann eine absolute Kolbenposition des Kolbens gegenüber dem Fluidzylinder und/oder eine Änderung der Kolbenposition erfassen.In a preferred embodiment of the invention, it is advantageous if the displacement measuring device detects a piston position of the piston relative to the fluid cylinder. A piston position can be changed by the piston movement. The position measuring device can detect an absolute piston position of the piston relative to the fluid cylinder and/or a change in the piston position.

Bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Dehnelement abhängig von der Dehnung elastisch verformbar zwischen dem Kolben und dem Fluidzylinder angeordnet ist. Das Dehnelement kann einerseits mit dem Kolben oder einem damit fest verbundenen Bauteil und andererseits dem Fluidzylinder oder einem damit fest verbundenen Bauteil form-, kraft- und/oder stoffschlüssig befestigt sein.In an advantageous embodiment of the invention it is provided that the expansion element is arranged between the piston and the fluid cylinder in an elastically deformable manner depending on the expansion. The expansion element can be fastened in a form-fitting, non-positive and/or material-locking manner to the piston or a component firmly connected to it on the one hand and to the fluid cylinder or a component firmly connected to it on the other hand.

Bei einer vorzugsweisen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Dehnelement in Bezug auf die Längsrichtung zwischen dem Kolben und dem Fluidzylinder vorgespannt ist. Dadurch kann auch bei einer von einer maximal eingefahrenen Kolbenposition minimal abweichenden Kolbenposition eine Veränderung der Messgröße bewirkt und die minimale Abweichung erfasst werden. Die Wegmessvorrichtung kann bevorzugt alle Kolbenpositionen in Bezug auf die Längsrichtung gegenüber dem Fluidzylinder erfassen.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the expansion element is prestressed with respect to the longitudinal direction between the piston and the fluid cylinder. This can cause a change in the measured variable even if the piston position deviates minimally from a maximum retracted piston position and the minimum deviation can be recorded. The position measuring device can preferably detect all piston positions with respect to the longitudinal direction relative to the fluid cylinder.

Bei einer vorzugsweisen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Dehnelement bei sämtlichen Kolbenpositionen in Bezug auf die Längsrichtung zwischen dem Kolben und dem Fluidzylinder vorgespannt ist. Dadurch kann der Messbereich der Wegmessvorrichtung vergrößert werden.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the expansion element is prestressed in all piston positions with respect to the longitudinal direction between the piston and the fluid cylinder. This allows the measuring range of the distance measuring device to be increased.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn das Dehnelement im Wesentlichen entlang der Längsrichtung verlaufend angeordnet ist. Dadurch kann die Auflösung der Kolbenbewegung erhöht werden.In a preferred embodiment of the invention, it is advantageous if the expansion element is arranged to run essentially along the longitudinal direction. This allows the resolution of the piston movement to be increased.

Bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Dehnelement in Bezug auf die Längsrichtung unmittelbar zwischen dem Kolben und einem dem Kolben gegenüberliegenden Zylinderboden des Fluidzylinders angeordnet ist. Der Kolben kann eine in Längsrichtung von dem Fluidzylinder abstehende Kolbenstange aufweisen, die bevorzugt einteilig mit dem Kolben ausgeführt ist.In an advantageous embodiment of the invention it is provided that the expansion element is arranged directly between the piston and a cylinder base of the fluid cylinder opposite the piston in relation to the longitudinal direction. The piston can have a piston rod projecting in the longitudinal direction from the fluid cylinder, which is preferably designed in one piece with the piston.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn das Messelement in einem dieses aufnehmenden Aufnahmeelement eingebaut ist. Das Messelement kann von dem Aufnahmeelement vollständig umschlossen sein, z.B. durch ein Herstellverfahren wie Extrusion stoffschlüssig verbunden sein. Das Messelement kann in Bezug auf die Längsrichtung eine gleich große oder eine kürzere Erstreckung wie das Aufnahmeelement aufweisen.In a preferred embodiment of the invention, it is advantageous if the measuring element is installed in a receiving element that accommodates it. The measuring element can be completely enclosed by the receiving element, for example connected in a materially bonded manner by a manufacturing process such as extrusion. The measuring element can have an extension of the same size or a shorter length than the receiving element in relation to the longitudinal direction.

Bei einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn das Aufnahmeelement einen hüllförmigen, also einen das Messelement umhüllend umschließenden Bereich aufweist, innerhalb dem das Messelement eingebaut ist. Dadurch kann das Messelement in dem Aufnahmeelement geschützt aufgenommen sein. Die Wegmessvorrichtung kann robuster ausgeführt werden. Beispielsweise können Hüllelement und Aufnahmeelement als aus einem elastischen Kunststoff, wie etwa einem silikonbasierten Werkstoff, co-extrudierte Elemente ausgebildet sein.In a special embodiment of the invention, it is advantageous if the receiving element has an envelope-shaped area, i.e. an area enclosing the measuring element, within which the measuring element is installed. As a result, the measuring element can be accommodated in the receiving element in a protected manner. The distance measuring device can be made more robust. For example, the covering element and the receiving element can be designed as elements co-extruded from an elastic plastic, such as a silicone-based material.

Bei einer vorzugsweisen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Aufnahmeelement aus einem ersten Material und das Messelement aus einem zweiten Material aufgebaut ist. Das erste und/oder zweite Material kann ein Elastomer sein. Das erste und/oder zweite Material kann einen Elastizitätsmodul von weniger als 100 MPa, bevorzugt weniger als 50 MPa, insbesondere weniger als 30 MPa aufweisen.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the receiving element is made of a first material and the measuring element is made of a second material. The first and/or second material may be an elastomer. The first and/or second material can have a modulus of elasticity of less than 100 MPa, preferably less than 50 MPa, in particular less than 30 MPa.

Bei einer vorzugsweisen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass das zweite Material elektrisch leitfähig ist. Das Messelement kann ein elektrisch leitfähiges Zusatzmaterial, insbesondere ein kohlenstoffhaltiges und/oder metallhaltiges Zusatzmaterial, aufweisen. Das Zusatzmaterial kann ein in dem Volumen des Messelements eingebrachtes Füllmaterial oder eine Beschichtung sein. Die Beschichtung kann an einem Außenumfang des Messelements angeordnet sein.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the second material is electrically conductive. The measuring element can have an electrically conductive additional material, in particular a carbon-containing and/or metal-containing additional material. The additional material can be a filling material or a coating introduced into the volume of the measuring element. The coating can be arranged on an outer circumference of the measuring element.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn das erste Material elektrisch isolierend ist. Dadurch kann das Messelement elektrisch isoliert in dem Aufnahmeelement aufgenommen sein. Die elektrische Leitfähigkeit des ersten Materials ist bevorzugt geringer als die des zweiten Materials.In a preferred embodiment of the invention, it is advantageous if the first material is electrically insulating. As a result, the measuring element can be accommodated in the receiving element in an electrically isolated manner. The electrical conductivity of the first material is preferably lower than that of the second material.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist vorteilhaft, bei der das Messelement und das Aufnahmeelement in Bezug auf die Dehnung parallel wirksam angeordnet sind. Das erste Material kann eine erste Federsteifigkeit in Bezug auf die Dehnung und das zweite Material kann eine zweite Federsteifigkeit in Bezug auf die Dehnung aufweisen, wobei die erste und zweite Federsteifigkeit parallel wirksam sind. Die erste und zweite Federsteifigkeit können gleich oder unterschiedlich sein.A preferred embodiment of the invention is advantageous in which the measuring element and the receiving element are effectively arranged in parallel with respect to the expansion. The first material may have a first spring stiffness with respect to elongation and the second material may have a second spring stiffness with respect to elongation, the first and second spring stiffnesses acting in parallel. The first and second spring stiffnesses can be the same or different.

Bei einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die Messgröße ein elektrischer Widerstand ist. Die Messgröße kann über eine elektrische Messspannung erfasst werden.In a special embodiment of the invention, it is advantageous if the measured variable is an electrical resistance. The measured variable can be recorded via an electrical measuring voltage.

Bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Messelement elektrisch an eine die Messgröße erfassende Messeinheit angeschlossen ist. Die Messeinheit kann die Messgröße oder einen davon abhängigen Messwert, beispielsweise die Messspannung, ausgeben. Die Ausgabe kann kabelgebunden oder drahtlos erfolgen. Die drahtlose Ausgabe kann über Bluetooth, WLAN oder ein Mobilfunksignal erfolgen.In an advantageous embodiment of the invention it is provided that the measuring element is electrically connected to a measuring unit that detects the measured variable. The measuring unit can output the measured variable or a measured value dependent on it, for example the measuring voltage. Output can be wired or wireless. Wireless output can be via Bluetooth, Wi-Fi or a cellular signal.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Figurenbeschreibung und den Abbildungen.Further advantages and advantageous refinements of the invention result from the description of the figures and the illustrations.

Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Abbildungen ausführlich beschrieben. Es zeigen im Einzelnen:

  • 1: Einen Querschnitt einer Zylinderkolbenvorrichtung in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung.
  • 2: Einen Querschnitt einer Zylinderkolbenvorrichtung in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung.
  • 3: Eine Schaltanordnung einer Zylinderkolbenvorrichtung in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung.
  • 4 bis 9:Einen Querschnitt einer Zylinderkolbenvorrichtung in einer jeweiligen speziellen Ausführungsform der Erfindung.
The invention is described in detail below with reference to the figures. They show in detail:
  • 1 : A cross section of a cylinder piston device in a special embodiment of the invention.
  • 2 : A cross section of a cylinder piston device in a further special embodiment of the invention.
  • 3 : A switching arrangement of a cylinder piston device in a further special embodiment of the invention.
  • 4 until 9 :A cross section of a cylinder piston device in a respective specific embodiment of the invention.

1 zeigt einen Querschnitt einer Zylinderkolbenvorrichtung in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung. Die Zylinderkolbenvorrichtung 10 umfasst einen Fluidzylinder 12 und einen diesem gegenüber entlang einer Längsrichtung 14 axial verschiebbaren Kolben 16 mit einer Kolbenstange 18. Ein Fluid ist in einem Kolbenraum 20 des Fluidzylinders 12 eingebracht und eine Bewegung des Kolbens 16 ist von einem Fluiddruck des Fluids abhängig. Der Fluidzylinder 12 ist insbesondere als Hydraulikzylinder 22 ausgeführt und das Fluid kann eine Hydraulikflüssigkeit sein. 1 shows a cross section of a cylinder piston device in a special embodiment of the invention. The cylinder piston device 10 comprises a fluid cylinder 12 and a piston 16 with a piston rod 18 which is axially displaceable relative thereto along a longitudinal direction 14. A fluid is introduced into a piston chamber 20 of the fluid cylinder 12 and a movement of the piston 16 is dependent on a fluid pressure of the fluid. The fluid cylinder 12 is designed in particular as a hydraulic cylinder 22 and the fluid can be a hydraulic fluid.

Die Zylinderkolbenvorrichtung 10 umfasst eine Wegmessvorrichtung 24, die eine Kolbenbewegung 26 des Kolbens 16 gegenüber dem Fluidzylinder 12 erfasst und die ein elastisch verformbares Dehnelement 28 mit wenigstens einem Messelement 30 und einem dieses aufnehmendes Aufnahmeelement 32 aufweist. Das Dehnelement 28 unterliegt dabei einer von einer durch die Kolbenbewegung 26 veränderlichen Kolbenposition x des Kolbens 16 gegenüber dem Fluidzylinder 12 abhängigen Dehnung und das Messelement 30 stellt eine von der Dehnung abhängig veränderliche Messgröße bereit. Das Dehnelement 28 ist einerseits an dem Kolben 16 und andererseits an dem Fluidzylinder 12 befestigt. Das Dehnelement 28 ist elastisch verformbar zwischen dem Kolben 16 und dem Fluidzylinder 12 und in Bezug auf die Längsrichtung 14, insbesondere bei sämtlichen Kolbenpositionen x, zwischen dem Kolben 16 und dem Fluidzylinder 12 vorgespannt angeordnet. Dadurch kann auch bei einer von einer maximal eingefahrenen Kolbenposition gering abweichenden Kolbenposition ein von der Messgröße abhängiger Messwert bereitgestellt werden.The cylinder piston device 10 comprises a displacement measuring device 24, which detects a piston movement 26 of the piston 16 relative to the fluid cylinder 12 and which has an elastically deformable expansion element 28 with at least one measuring element 30 and a receiving element 32 that receives it. The expansion element 28 is subject to an expansion that is dependent on a piston position x of the piston 16 relative to the fluid cylinder 12 that is changed by the piston movement 26, and the measuring element 30 provides a measurement variable that varies depending on the expansion. The expansion element 28 is attached to the piston 16 on the one hand and to the fluid cylinder 12 on the other hand. The expansion element 28 is arranged in an elastically deformable manner between the piston 16 and the fluid cylinder 12 and is prestressed in relation to the longitudinal direction 14, in particular at all piston positions x, between the piston 16 and the fluid cylinder 12. This means that even if the piston position deviates slightly from a maximum retracted piston position, a measured value that is dependent on the measured variable can be provided.

Das Dehnelement 28 ist im Wesentlichen entlang der Längsrichtung 14 verlaufend und in Bezug auf die Längsrichtung 14 unmittelbar zwischen dem Kolben 12 und einem dem Kolben 12 abgewandten Zylinderboden 34 des Fluidzylinders 12 innerhalb des Kolbenraums 20 angeordnet. Das Aufnahmeelement 32 ist insbesondere aus einem ersten Material 36, insbesondere einem elektrisch isolierenden Elastomer und das Messelement 30 aus einem zweiten Material 38, insbesondere einem elektrisch leitenden Elastomer aufgebaut. Das Messelement 30 ist innerhalb von dem Aufnahmeelement 32 angeordnet und beispielsweise drahtförmig ausgeführt.The expansion element 28 runs essentially along the longitudinal direction 14 and is arranged within the piston chamber 20 directly between the piston 12 and a cylinder base 34 of the fluid cylinder 12 facing away from the piston 12 with respect to the longitudinal direction 14. The receiving element 32 is in particular made of a first material 36, in particular an electrically insulating elastomer, and the measuring element 30 is made of a second material 38, in particular an electrically conductive elastomer. The measuring element 30 is arranged within the receiving element 32 and is designed, for example, in a wire shape.

Das Messelement 30 und das Aufnahmeelement 32 sind in Bezug auf die Dehnung parallel wirksam angeordnet. Das Messelement 30 ist elektrisch an eine die Messgröße erfassende Messeinheit 40 angeschlossen, die die Messgröße oder einen davon abhängigen Messwert drahtlos oder kabelgebunden ausgibt.The measuring element 30 and the receiving element 32 are effectively arranged in parallel with respect to the expansion. The measuring element 30 is electrically connected to a measuring unit 40 that detects the measured variable and outputs the measured variable or a measured value dependent thereon wirelessly or by cable.

2 zeigt einen Querschnitt einer Zylinderkolbenvorrichtung in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung. Die Zylinderkolbenvorrichtung 10 umfasst in einem Kolbenboden 41 eine ausschließlich einseitig offene Bohrung 42, insbesondere eine Tieflochbohrung, in dem Kolben 16, innerhalb der das Dehnelement 28 in Längsrichtung 14 verlaufend vorgespannt angeordnet ist. Dabei ist das Dehnelement 28 an einer Seite an dem Kolben 16 aufgenommen und auf einer gegenüberliegenden Seite isoliert durch den Fluidzylinder 12 geführt. Der Fluidzylinder 12 ist einerseits über einen ersten Fluidanschluss 44, der mit dem Kolbenraum 20 verbunden ist und einen zweiten Fluidanschluss 46, der auf einer dem Kolbenraum 20 in Längsrichtung 14 gegenüberliegenden Seite angeordnet ist, zur Übertragung eines Fluiddrucks angebunden. 2 shows a cross section of a cylinder piston device in a further special embodiment of the invention. The cylinder piston device 10 comprises, in a piston crown 41, a bore 42 which is exclusively open on one side, in particular a deep hole bore, in the piston 16, within which the expansion element 28 is arranged prestressed running in the longitudinal direction 14. The expansion element 28 is received on one side of the piston 16 and guided in isolation through the fluid cylinder 12 on an opposite side. The fluid cylinder 12 is connected on the one hand via a first fluid connection 44, which is connected to the piston chamber 20, and a second fluid connection 46, which is arranged on a side opposite the piston chamber 20 in the longitudinal direction 14, for transmitting a fluid pressure.

3 zeigt eine Schaltanordnung einer Zylinderkolbenvorrichtung in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung. Die Schaltanordnung ist bevorzugt einer Messeinheit 40 zugeordnet und als Messbrücke 48 ausgeführt und umfasst zwei in Reihe angeordnete Festwiderstände Rf und einen parallel zu einem der Festwiderstände Rf angeordneten und eine von der Dehnung abhängige Messgröße M des Messelements 30 bildenden elektrischen Widerstand Rm, der über die Schaltanordnung messbar ist. Die Schaltanordnung wird elektrisch über eine Versorgungsspannung Vs, insbesondere 12 V, gespeist und die Messgröße M wird über eine an dem Festwiderstand abfallende elektrische Messspannung Vm erfasst. 3 shows a switching arrangement of a cylinder piston device in a further special embodiment of the invention. The switching arrangement is preferably assigned to a measuring unit 40 and is designed as a measuring bridge 48 and comprises two fixed resistors Rf arranged in series and an electrical resistance Rm which is arranged parallel to one of the fixed resistors Rf and forms a measurement variable M of the measuring element 30 which is dependent on the strain and which is via the switching arrangement is measurable. The switching arrangement is powered electrically via a supply voltage Vs, in particular 12 V, and the measured variable M is detected via an electrical measuring voltage Vm dropped across the fixed resistor.

4 bis 9 zeigt einen Querschnitt einer Zylinderkolbenvorrichtung in einer jeweiligen speziellen Ausführungsform der Erfindung. In 4a ist eine Zylinderkolbenvorrichtung 10 gezeigt, bei der das Dehnelement 28 zumindest abschnittsweise in einer ausschließlich einseitigen Bohrung 42 in dem Kolben 16 an dem Kolbenboden 41 aufgenommen ist. Das Dehnelement 28 ist über eine Öse 49 in der Bohrung 42 und auf einer in Längsrichtung 14 dem Kolben 16 gegenüberliegenden Seite über eine Öse 50 an einem Zylinderboden 34 des Fluidzylinders 12 aufgenommen. 4 until 9 shows a cross section of a cylinder piston device in a respective special embodiment of the invention. In 4a a cylinder piston device 10 is shown, in which the expansion element 28 is accommodated at least in sections in an exclusively one-sided bore 42 in the piston 16 on the piston crown 41. The expansion element 28 is received via an eyelet 49 in the bore 42 and on a side opposite the piston 16 in the longitudinal direction 14 via an eyelet 50 on a cylinder base 34 of the fluid cylinder 12.

Das Messelement 30 ist innerhalb von dem Aufnahmeelement 32 aufgenommen und dadurch geschützt.The measuring element 30 is accommodated within the receiving element 32 and is thereby protected.

In 4b ist die Zylinderkolbenvorrichtung 10 aus 4a gezeigt, jedoch ist der Kolben 16 dabei gegenüber dem Fluidzylinder 12 weiter verschoben und weist demgegenüber eine veränderte Kolbenposition x auf. Das Dehnelement 28 ist weiter gestaucht, bevorzugt aber nach wie vor vorgespannt zwischen dem Fluidzylinder 12 und dem Kolben 16 angeordnet.In 4b the cylinder piston device 10 is off 4a shown, but the piston 16 is further displaced relative to the fluid cylinder 12 and has a changed piston position x. The expansion element 28 is further compressed, but is preferably still prestressed between the fluid cylinder 12 and the piston 16.

In 5 ist eine Zylinderkolbenvorrichtung 10 abgebildet, bei der das Aufnahmeelement 32 einen hüllförmigen Bereich 54 aufweist, innerhalb dem das Messelement 30 eingebaut ist. Dadurch kann das Messelement 30 in dem Aufnahmeelement 32 geschützt aufgenommen sein und die Wegmessvorrichtung 24 robuster ausgeführt werden. Das Dehnelement 28 ist einerseits über eine Öse 49 an dem Kolbenboden 41 des Kolbens 16 und andererseits in Längsrichtung 14 gegenüberliegend an einer weiteren Öse 50, die mit einem Zylinderboden 34 des Fluidzylinders 12 verbunden ist, aufgenommen.In 5 a cylinder-piston device 10 is shown, in which the receiving element 32 has an envelope-shaped region 54 within which the measuring element 30 is installed. As a result, the measuring element 30 can be accommodated in a protected manner in the receiving element 32 and the distance measuring device 24 can be made more robust. The expansion element 28 is received on the one hand via an eyelet 49 on the piston head 41 of the piston 16 and on the other hand in the longitudinal direction 14 opposite one another on another eyelet 50 which is connected to a cylinder base 34 of the fluid cylinder 12.

In 6 ist eine Zylinderkolbenvorrichtung 10 dargestellt, bei der das Dehnelement 28 außerhalb von dem Kolbenraum 20 und in Längsrichtung 14 zwischen dem Fluidzylinder 12 und einem Endabschnitt der Kolbenstange 18 angeordnet ist.In 6 a cylinder piston device 10 is shown, in which the expansion element 28 is arranged outside of the piston chamber 20 and in the longitudinal direction 14 between the fluid cylinder 12 and an end portion of the piston rod 18.

In 7 ist eine Zylinderkolbenvorrichtung 10 abgebildet, bei der das Dehnelement 28 dreieckförmig zwischen einer Öse 50 an dem Zylinderboden 34 und zwei weiteren Ösen 49 an dem Kolbenboden 41 angeordnet ist. Auch kann die dreieckförmige Anordnung spiegelverkehrt, mit zwei Ösen an dem Zylinderboden 34 und einer Öse an dem Kolbenboden 41 ausgeführt sein.In 7 a cylinder piston device 10 is shown, in which the expansion element 28 is arranged in a triangular shape between an eyelet 50 on the cylinder base 34 and two further eyelets 49 on the piston base 41. The triangular arrangement can also be designed in a mirror image, with two eyelets on the cylinder base 34 and one eyelet on the piston base 41.

Das Dehnelement 28 ist insbesondere an den Ösen 49, 50 umgelenkt und als an beiden Enden des Dehnelements 28 verbundene Schlaufe geschlossen ausgeführt.The expansion element 28 is deflected in particular at the eyelets 49, 50 and is designed as a closed loop connected to both ends of the expansion element 28.

In 8 ist eine Zylinderkolbenvorrichtung 10 gezeigt, bei der das Dehnelement 28 außerhalb von dem Kolbenraum 20 angeordnet ist. An der Kolbenstange 18 ist hierfür ein Halteelement 64 befestigt, an dem eine Öse 56 befestigt ist. Das Dehnelement 28 ist zwischen der Öse 56 und einer mit einem Zylindergehäuse 68 des Fluidzylinders 12 außen verbundene weitere Öse 58 angeordnet. Statt einer Öse zur Befestigung des Dehnelements 28 kann auch ein Klemmelement vorgesehen sein, insbesondere, wenn das Dehnelement 28 keinen runden, sondern einen rechteckigen Querschnitt aufweist.In 8th a cylinder piston device 10 is shown, in which the expansion element 28 is arranged outside of the piston chamber 20. For this purpose, a holding element 64 is attached to the piston rod 18, to which an eyelet 56 is attached. The expansion element 28 is arranged between the eyelet 56 and a further eyelet 58 which is externally connected to a cylinder housing 68 of the fluid cylinder 12. Instead of an eyelet for fastening the expansion element 28, a clamping element can also be provided, especially if the expansion element 28 does not have a round but rather a rectangular cross section.

In 9 ist eine Zylinderkolbenvorrichtung 10 abgebildet, bei der das Dehnelement 28 außerhalb eines Außenumfangs des Fluidzylinders 12 angeordnet und drehbar an einem Halteelement 64 an dem Kolben 16 und einem weiteren Halteelement 72 an dem Fluidzylinder 12 aufgenommen ist. Dadurch kann der Kolben 16 gegenüber dem Fluidzylinder 12 unbehindert durch das Dehnelement 28 um eine zu der Längsrichtung 14 parallele Drehachse 74 gedreht werden.In 9 a cylinder piston device 10 is shown, in which the expansion element 28 is arranged outside an outer circumference of the fluid cylinder 12 and is rotatably received on a holding element 64 on the piston 16 and a further holding element 72 on the fluid cylinder 12. As a result, the piston 16 can be rotated relative to the fluid cylinder 12 without hindrance by the expansion element 28 about an axis of rotation 74 parallel to the longitudinal direction 14.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2013026080 A2 [0002]WO 2013026080 A2 [0002]

Claims (15)

Zylinderkolbenvorrichtung (10) umfassend einen Fluidzylinder (12), einen diesem gegenüber entlang einer Längsrichtung (14) axial verschiebbaren Kolben (16) und eine Wegmessvorrichtung (24), zur Erfassung einer Kolbenbewegung (26) des Kolbens (16) gegenüber dem Fluidzylinder (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Wegmessvorrichtung (24) ein elastisch verformbares Dehnelement (28) mit wenigstens einem Messelement (30) aufweist, das einer von der Kolbenposition (x) abhängigen Dehnung unterliegt und eine abhängig von der Dehnung veränderliche Messgröße (M) bereitstellt.Cylinder piston device (10) comprising a fluid cylinder (12), a piston (16) which can be axially displaceable relative to it along a longitudinal direction (14), and a displacement measuring device (24) for detecting a piston movement (26) of the piston (16) relative to the fluid cylinder (12 ), characterized in that the displacement measuring device (24) has an elastically deformable expansion element (28) with at least one measuring element (30), which is subject to an expansion dependent on the piston position (x) and provides a variable (M) that varies depending on the expansion . Zylinderkolbenvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wegmessvorrichtung (24) eine Kolbenposition (x) des Kolbens (16) gegenüber dem Fluidzylinder (12) erfasst.Cylinder piston device (10). Claim 1 , characterized in that the position measuring device (24) detects a piston position (x) of the piston (16) relative to the fluid cylinder (12). Zylinderkolbenvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dehnelement (28) abhängig von der Dehnung elastisch verformbar zwischen dem Kolben (16) und dem Fluidzylinder (12) angeordnet ist.Cylinder piston device (10). Claim 1 or 2 , characterized in that the expansion element (28) is arranged between the piston (16) and the fluid cylinder (12) in an elastically deformable manner depending on the expansion. Zylinderkolbenvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dehnelement (28) in Bezug auf die Längsrichtung (14) zwischen dem Kolben (16) und dem Fluidzylinder (12) vorgespannt ist.Cylinder piston device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the expansion element (28) is prestressed with respect to the longitudinal direction (14) between the piston (16) and the fluid cylinder (12). Zylinderkolbenvorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dehnelement (28) bei sämtlichen Kolbenpositionen (x) in Bezug auf die Längsrichtung (14) zwischen dem Kolben (16) und dem Fluidzylinder (12) vorgespannt ist.Cylinder piston device (10). Claim 4 , characterized in that the expansion element (28) is prestressed at all piston positions (x) with respect to the longitudinal direction (14) between the piston (16) and the fluid cylinder (12). Zylinderkolbenvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dehnelement (28) im Wesentlichen entlang der Längsrichtung (14) verlaufend angeordnet ist.Cylinder piston device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the expansion element (28) is arranged to run substantially along the longitudinal direction (14). Zylinderkolbenvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dehnelement (28) in Bezug auf die Längsrichtung (14) unmittelbar zwischen dem Kolben (16) und einem dem Kolben (16) gegenüberliegenden Zylinderboden (34) des Fluidzylinders (12) angeordnet ist.Cylinder piston device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the expansion element (28) is located directly between the piston (16) and a cylinder base (34) of the fluid cylinder (12) opposite the piston (16) with respect to the longitudinal direction (14). ) is arranged. Zylinderkolbenvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messelement (30) in einem dieses aufnehmenden Aufnahmeelement (32) eingebaut ist.Cylinder piston device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring element (30) is installed in a receiving element (32) that accommodates it. Zylinderkolbenvorrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmeelement (32) einen hüllförmigen Bereich (54) aufweist, innerhalb dem das Messelement (30) eingebaut ist.Cylinder piston device (10). Claim 8 , characterized in that the receiving element (32) has an envelope-shaped area (54) within which the measuring element (30) is installed. Zylinderkolbenvorrichtung (10) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmeelement (32) aus einem ersten Material (36) und das Messelement (30) aus einem zweiten Material (38) aufgebaut ist.Cylinder piston device (10). Claim 8 or 9 , characterized in that the receiving element (32) is made of a first material (36) and the measuring element (30) is made of a second material (38). Zylinderkolbenvorrichtung (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material (38) elektrisch leitfähig ist.Cylinder piston device (10). Claim 10 , characterized in that the second material (38) is electrically conductive. Zylinderkolbenvorrichtung (10) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material (36) elektrisch isolierend ist.Cylinder piston device (10). Claim 10 or 11 , characterized in that the first material (36) is electrically insulating. Zylinderkolbenvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Messelement (30) und das Aufnahmeelement (32) in Bezug auf die Dehnung parallel wirksam angeordnet sind.Cylinder piston device (10) according to one of the Claims 8 until 12 , characterized in that the measuring element (30) and the receiving element (32) are effectively arranged in parallel with respect to the expansion. Zylinderkolbenvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messgröße (M) ein elektrischer Widerstand (Rm) ist.Cylinder piston device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the measured variable (M) is an electrical resistance (Rm). Zylinderkolbenvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messelement (30) elektrisch an eine die Messgröße (M) erfassende Messeinheit (40) angeschlossen ist.Cylinder piston device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring element (30) is electrically connected to a measuring unit (40) which detects the measured variable (M).
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