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Die vorliegende Erfindung betrifft eine maßverkörperte Rundstange, insbesondere eine Kolbenstange für einen Zylinder mit integriertem Kodierelement zur Positionsbestimmung sowie einen Zylinder aufweisend eine derartige Rundstange bzw. Kolbenstange.
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Vorrichtungen zur Bestimmung einer Position einer axial beweglichen Kolbenstange in einem zugeordneten Gehäuse wie beispielsweise eines Hydraulikzylinders sind bekannt. Hierbei kann beispielsweise mittels einer auf die Kolbenstange aufgesetzten Magnetanordnung und einer entlang eines Verschiebewegs der Kolbenstange platzierten zugehörigen Magnetfeldsensorik eine axiale Bewegung der Kolbenstange detektiert und zur Positionsbestimmung verarbeitet werden. Beispielsweise offenbart die
DE 10 2018 203 884 A1 eine Positionsbestimmungseinrichtung, mit einem entlang eines Verschiebewegs verschiebbaren Verschiebekörper und einer darauf angeordneten Magnetanordnung, welche von einer Mehrzahl entlang eines Verschiebewegs angeordneten Magnetfeldsensoren zum Zwecke der Positionsbestimmung erfasst werden kann.
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Nachteilig an der bekannten Vorrichtung ist die komplexe Ausbildung der Kolbenstange mit einer auf deren Oberfläche angeordneten Magnetanordnung wie beispielsweise einem zentral angeordneten Permanentmagneten. Insbesondere bei höheren Drücken in einer Zylinderanordnung, wie diese beispielsweise bei Hydraulikzylindern von Nutzfahrzeugen vorherrschen, kann es zu einer ungewollten Positionsänderung der Magnetanordnung bzw. des Magneten oder gar einer Beschädigung der Magnetanordnung wie beispielsweise einem Ablösen des Magneten von der Oberfläche der Kolbenstange kommen.
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Neben möglichen Ungenauigkeiten bei der Positionsbestimmung führt dies zu einem erhöhten Wartungsaufwand.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen optimierten Rundkörper bzw. eine optimierte Kolbenstange sowie eine zugehörige Vorrichtung zur Positionsbestimmung bereitzustellen, welche eine einfache und effiziente Positionsbestimmung einer Kolbenstange eines Zylinders erlaubt. Insbesondere soll ein optimierter Rundkörper bereitgestellt werden, der eine zuverlässige Positionsbestimmung auch unter erhöhten Druckverhältnissen im Zylinder ermöglicht. Zudem adressiert die Erfindung weitere Probleme, wie aus der nachfolgenden Beschreibung hervorgeht.
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Die zugrundeliegende Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung eine maßverkörperte Rundstange, insbesondere eine maßverkörperte Kolbenstange zur Anordnung in einem Zylinder, insbesondere einem Hydraulikzylinder, aufweisend einen zylindrischen Grundkörper zur Führung in dem Zylinder, eine im zylindrischen Grundkörper in Längserstreckungsrichtung verlaufende Ausnehmung, ein in der Ausnehmung angeordnetes, magnetisch auslesbares Kodierelement mit einer in Längserstreckungsrichtung angeordneten Kodierung zur Positionsbestimmung, ein der Ausnehmung zugeordnetes Abdeckelement zur wenigstens teilweisen Abdeckung der Ausnehmung.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. die erfindungsgemäße Rundstange stellt eine einfache und effiziente Lösung zur Bereitstellung einer Positionsbestimmungseinrichtung einer Rund- bzw. Kolbenstange bereit. Insbesondere stellt die Rundstange hierbei selbst durch das integrierte Kodierelement eine Maßverkörperung dar, welche zur Positionsbestimmung der Rundstange in einem Zylindergehäuse mittels geeigneter Sensorik auslesbar ist. Da das Kodierelement im Grundkörper der Rundstange integriert ist, kann diese zur Führung im Zylinder deutlich besser abgedichtet werden, als dies im Stand der Technik der Fall ist. Dadurch können insbesondere höhere Drücke in einem Hydraulikzylinder realisiert werden, ohne die Leckageanfälligkeit zu erhöhen. Weiterhin ermöglicht die erfindungsgemäße Lösung einen minimierten Wartungsaufwand.
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Der zylindrische Grundkörper ist vorzugsweise als Kolbenstange ausgebildet und umfasst vorzugsweise einen endseitig angeordneten Kolbenstangenkopf, welcher als Gewindeabschnitt ausgeführt sein kann. Der Kolbenstangenkopf kann zusätzlich oder alternativ eine Bohrung aufweisen, welche vorzugsweise senkrecht zur Längserstreckungsrichtung des Grundkörpers verläuft. Anderenends umfasst der Grundkörper vorzugsweise wenigstens eine erste, weiter bevorzugt wenigstens eine zweite ringförmige Vertiefung oder Einschnürung zur Anbringung eines Dichtelements, insbesondere eines jeweiligen Dichtrings, zur Abdichtung des Grundkörpers bzw. der Kolbenstange bei der Führung in einem Zylinder und/oder zur Anordnung bzw. Befestigung eines Kolbens an dem Grundkörper.
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Der zylindrische Grundkörper ist vorzugsweise aus Vollmaterial gefertigt, in welchem die in Längserstreckungsrichtung verlaufende, vorzugsweise linear ausgebildete Ausnehmung angeordnet ist. Die Ausnehmung erstreckt sich vorzugsweise über eine vordefinierte Länge im Grundkörper und vorzugsweise mindestens über die Hälfte der Gesamtlänge der Kolbenstange. Die Ausnehmung weist vorzugsweise einen konstanten Querschnitt in Längserstreckungsrichtung auf.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Ausnehmung wenigstens eine nutförmige Ausnehmung mit vorzugsweise konstantem Querschnitt in Längserstreckungsrichtung. Weiterhin bevorzugt kann die Ausnehmung wenigstens ein in der nutförmigen Ausnehmung angeordnetes Stegelement zur Auflage des Abdeckelements und/oder des Kodierelements aufweisen. Das wenigstens eine Stegelement ist vorzugsweise zentral in der nutförmigen Ausnehmung angeordnet und erstreckt sich von einem Nutgrund der Ausnehmung zu einer vordefinierten Höhe in der Ausnehmung. Das Stegelement verläuft hierbei vorzugsweise parallel zur Längserstreckungsrichtung der Ausnehmung in Draufsicht.
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Das magnetisch auslesbare Kodierelement bildet vorzugsweise eine in Längserstreckungsrichtung des Grundkörpers alternierende und/oder variierende Kodierung aus. Die Kodierung kann eine inkrementelle Kodierung oder Absolutkodierung ausbilden. Diese stellt eine kontinuierlich abgreifbare Positionskodierung der Rundstange bereit, welche durch eine zugehörige Sensorik auslesbar bzw. abtastbar ist.
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Die Kodierung des magnetisch auslesbaren Kodierelements kann durch in Längserstreckungsrichtung in vordefinierter Anordnung angeordnete Permanentmagnete und/oder permanentmagnetisierte Abschnitte mit unterschiedlicher Polung ausgebildet sein. Die Permanentmagneten oder permanentmagnetisierten Abschnitte können dabei in alternierender und/oder variierender Anordnung in Längserstreckungsrichtung vorliegen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das magnetisch auslesbare Kodierelement ein Messkörper im Form eines länglichen Messbands aus ferromagnetischem Material, in welches eine vordefinierte Permanentmagnetisierung bzw. vordefinierte Anordnung von Permanentmagneten eingebracht ist. Beispielsweise kann das Messband in Längserstreckungsrichtung aufeinanderfolgende permanentmagnetisierte Abschnitte unterschiedlicher und/oder variierender Polung aufweisen. So kann beispielsweise das Messband in Längserstreckungsrichtung direkt aufeinanderfolgende Pole aufweisen, beispielsweise alternierende Nord- und Südpole, welche in Längserstreckungsrichtung eine jeweils gleiche Länge im Messband aufweisen.
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Das Abdeckelement ist derart ausgebildet, dass dieses die Ausnehmung im zylindrischen Grundkörper wenigstens teilweise abdeckt bzw. verschließt. In einer bevorzugten Ausführungsform deckt das Abdeckelement die Ausnehmung im Grundkörper vollständig ab.
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Weiterhin bevorzugt deckt das Abdeckelement die Ausnehmung derart ab bzw. verschließt diese, dass eine äußere Oberfläche des Abdeckelements bündig mit der Oberfläche des Grundkörpers abschließt. Weiterhin bevorzugt weist das Abdeckelement eine Oberfläche auf, welche auf die Oberfläche des Grundkörpers hinsichtlich deren geometrischer Form und/oder Oberflächenbeschaffenheit angepasst ist. Insbesondere kann die Oberfläche des Abdeckelements derart ausgebildet sein, dass diese in Querschnittsansicht auf die gerundete bzw. gekrümmte Mantelfläche des die Ausnehmung umgebenden zylindrischen Grundkörpers angepasst ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Abdeckelement ein biegbares Abdeckband, welches in Querschnittansicht gebogen in die Ausnehmung eingelegt ist. Ein das Kodierungselement bildendes Messband kann hierbei auf einer Innenseite des Abdeckbands aufgebracht, insbesondere aufgeklebt sein. Das Abdeckband kann hierbei mittels eines in der Ausnehmung angeordneten Steg- oder Stützelements in vorgegebener, gebogener Form in der Ausnehmung gehalten werden.
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In einer alternativen Ausführungsform umfasst das Abdeckelement ein Abdeckprofil mit seitlichen Klemmbacken, welches in die Ausnehmung einklemmbar ist. Das Abdeckprofil weist dabei einen mittigen, gebogenen Profilabschnitt auf, welcher eine Außenfläche aufweist, die hinsichtlich Form und/oder Oberflächenbeschaffenheit dem Grundkörper entspricht. Insbesondere weist der mittige Profilabschnitt eine gekrümmte Oberfläche auf, welche in Querschnittsansicht auf die gerundete bzw. gekrümmte Mantelfläche des die Ausnehmung umgebenden zylindrischen Grundkörpers angepasst ist.
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In einer alternativen Ausführungsform umfasst das Abdeckelement einen in die Ausnehmung einlegbaren Passkörper, dessen Oberfläche auf die Querschnittsform des Grundkörpers angepasst, insbesondere geschliffen, ist. Beispielsweise kann der Passkörper ein Flachprofil mit rechteckigem Querschnitt sein, insbesondere ein Edelstahlflachprofil, welches in die vorzugsweise nutförmige Ausnehmung einlegbar ist.
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Das Flachprofil kann beispielsweise mittels Laserschweißen in der Ausnehmung und/oder am Grundkörper befestigt sein. Mittels eines entsprechenden Bearbeitungsschritts, beispielsweise Rundschleifen auf Passform, kann der Passkörper bzw. das Flachprofil an die Form des Grundkörpers, insbesondere an die die Ausnehmung umgebende Mantelfläche des zylindrischen Grundkörpers angepasst sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Abdeckelement und der Grundkörper mit einer zusammenhängenden Beschichtung, insbesondere einer Chrom-Beschichtung, mit vorzugsweise konstanter Schichtdicke beschichtet. Beispielsweise kann der Grundkörper zusammen mit dem Abdeckelement hartverchromt werden. Die Chrombeschichtung kann eine Schichtdicke zwischen 20 und 70µm, bevorzugt zwischen 25 und 35 µm aufweisen. Durch die zusammenhängende Beschichtung, welche über den Grundkörper als auch über das Abdeckelement gleichermaßen aufgetragen wird, kann eine einheitliche Oberfläche der Rundstange bereitgestellt werden.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine maßverkörperte Rundstange, insbesondere Kolbenstange zur Anordnung in einem Zylinder, insbesondere einem Hydraulikzylinder, aufweisend einen zylindrischen Grundkörper zur Führung in dem Zylinder, eine auf einer Mantelfläche des zylindrischen Grundkörpers wenigstens abschnittsweise aufgebrachte magnetisch kodierte Beschichtung, wobei die magnetisch kodierte Beschichtung eine sich in Längsrichtung des Grundkörpers, vorzugsweise achsparallel zum Grundkörper, erstreckende Kodierung zur Positionsbestimmung aufweist.
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Der zylindrische Grundkörper der Rundstange ist dabei bevorzugt aus einem nicht-magnetisierbaren Werkstoff, insbesondere einem Edelstahl, weiter bevorzugt aus einem austenitischen Werkstoff, gebildet. Der zylindrische Grundkörper ist vorzugsweise aus Vollmaterial, d.h. vorzugsweise ohne insbesondere in Längsrichtung angeordnete, wiederkehrende radiale Vertiefungen gebildet.
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Unter magnetisch kodierter Beschichtung wird vorliegend verstanden, dass die Kodierung mittels zugeordneter magnetischer Sensormittel, insbesondere umfassend wenigstens einen Hall-Sensor, auslesbar ist. Dabei weist die Beschichtung eine in diese eingebrachten bzw. darin ausgebildete Kodierung auf, welche mittels magnetischer Sensormittel auslesbar und/oder abtastbar ist.
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Die magnetisch kodierte Beschichtung ist vorzugsweise mittels thermischer Spritzverfahren, insbesondere mittels Plasmaspritzverfahren, auf die Mantelfläche des Grundkörpers aufgetragen.
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Die Beschichtung ist vorzugsweise eine ferritische und damit magnetisierbare Beschichtung. Bevorzugt umfasst die Beschichtung 50-95%, weiter bevorzugt 85-95% Ferrite und Strontiumcarbonat. Eine Schichtdicke der Beschichtung liegt vorzugsweise zwischen 10 und 70 µm, weiter bevorzugt zwischen 15 und 50 µm.
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Die Beschichtung ist vorzugsweise als zusammenhängende Beschichtung in einem jeweiligen Längsabschnitt des Grundkörpers und über die gesamte Mantelfläche, d.h. über die den gesamten Umfang des jeweiligen Längsabschnitts aufgetragen.
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Der Grundkörper weist dabei vorzugsweise wenigstens einen zusammenhängenden Längsabschnitt mit vorzugsweise konstantem Querschnitt in Längserstreckungsrichtung auf, auf welchem die Beschichtung aufgetragen bzw. angeordnet ist. Der Längsabschnitt erstreckt sich dabei vorzugsweise über wenigstens 10mm, weiter bevorzugt über wenigstens 25mm, noch weiter bevorzugt über wenigstens 50mm in Längsrichtung der Rundstange.
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Unter konstantem Querschnitt in Längserstreckungsrichtung wird vorliegend verstanden, dass der Längsabschnitt der Rundstange eine konstante Querschnittsform aufweist und insbesondere keine in der Umfangsfläche angeordneten Vertiefungen, insbesondere in Längsrichtung angeordnete, periodisch wiederkehrende, radiale Vertiefungen, aufweist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Rundstange in Längserstreckungsrichtung wenigstens zwei, vorzugsweise mehrere benachbarte, insbesondere ringförmige, Längsabschnitte auf, in denen die Mantelfläche des Grundkörpers eine magnetisch kodierte Beschichtung aufweist. Die jeweiligen Längsabschnitt sind hierbei vorzugsweise direkt aneinander liegend in der Mantelfläche des Grundkörpers angeordnet. Die Längsabschnitt können sich dabei in der genauen Zusammensetzung der jeweiligen Beschichtung und/oder in deren Magnetisierung unterscheiden.
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Die magnetisch kodierte Beschichtung weist in Längserstreckungsrichtung variierende und/oder alternierende, magnetisierte Bereiche auf, welche mit einem Magnetsensor, insbesondere einem Hall-Sensor, auslesbar sind. Die jeweiligen magnetisierten Bereiche sind dabei vorzugsweise magnetisch unterscheidbare Bereiche, d.h. welche von einem zugeordneten Sensor voneinander unterscheidbar sind. Die magnetisch unterscheidbaren Bereiche sind vorzugsweise durch eine unterschiedliche Permanentmagnetisierung mittels an sich bekannten Mitteln wie beispielsweise einer Permanentmagnetisierung durch entsprechend ausgebildete magnetische Spulen in der Beschichtung ausgebildet.
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Die jeweils unterscheidbaren Bereiche bilden vorzugsweise insbesondere voneinander unterscheidbare Pole aus, d.h. entweder einen Nord- oder Südpol.
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Die jeweils unterscheidbaren Bereiche können in einem jeweiligen Kreissegment der Beschichtung oder jeweils ringförmig in der Beschichtung ausgebildet sein. Falls eine ringförmige Kodierung vorliegt, d.h. falls die jeweils unterscheidbaren Bereiche jeweils um den gesamten Umfang in der Beschichtung ausgebildet sind, kann die Rundstange axial verdrehbar in einem Zylindergehäuse angeordnet werden. Falls die Kodierung lediglich in einem Kreissegment bzw. einer Mantelflächensegment der Rundstange ausgebildet ist, ist die Rundstange in einem zugeordneten Zylindergehäuse vorzugsweise verdrehfest angeordnet. Hierdurch kann die kodierte Beschichtung mittels lediglich eines vorgesehenen Magnetfeldsensor ausgelesen und/oder abgetastet werden.
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Wie zuvor mit Bezug zum ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, kann die Kodierung als inkrementelle oder absolute Kodierung in der Beschichtung ausgebildet sein. Insbesondere können die einzelnen unterschiedlichen magnetisierten Bereiche alternierend und/oder variierend in Längsrichtung des Grundkörpers bzw. in der Beschichtung vorliegen.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung eines Zylinders, insbesondere eines Hydraulikzylinders, aufweisend ein Zylindergehäuse und eine darin angeordnete und axial beweglich geführte maßverkörperte Rundstange, insbesondere Kolbenstange, wie vorgehend beschrieben, sowie eine magnetische Sensoranordnung zum Zusammenwirken mit dem magnetisch auslesbaren Kodierelement oder der magnetisch kodierten Beschichtung der Kolbenstange.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt somit vorzugsweise eine KolbenZylindervorrichtung, insbesondere eine Hydraulikzylindervorrichtung bereit, welche eine Positionsbestimmung der Rundstange bzw. der Kolbenstange über die vorgesehene Sensoranordnung ermöglicht.
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Die Sensoranordnung umfasst dabei vorzugsweise wenigstens einen Magnetfeldsensor, insbesondere einen Hall-Sensor, zum Auslesen und/oder Abtasten der Kodierung der Rundstange.
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In einer weiter bevorzugten Ausführungsform umfasst die Sensoranordnung lediglich einen Magnetfeldsensor zum Auslesen und/oder Abtasten der Kodierung der Rundstange. Hierbei kann eine Positionsbestimmung der Rundstange lediglich durch einen Magnetfeldsensor erfolgen, so dass nicht eine Mehrzahl von Sensoren entlang einer Verfahrstrecke der Rundstange angeordnet werden müssen. Hierdurch wird eine besonders kompakte Ausgestaltung der Vorrichtung ermöglich.
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Die Vorrichtung umfasst vorzugsweise weiterhin eine Steuerungs- und/oder Auswertungseinheit, welche mit der Sensoranordnung verbunden ist und welche ausgebildet ist, die von dem Magnetfeldsensor ausgelesene bzw. abgetastete Kodierung zur Positionsbestimmung auszuwerten und ein entsprechendes Signal zur Positionsbestimmung elektronisch bereitzustellen. Die Steuerungs- und/oder Auswertungseinheit kann hierbei eine Ausgabeeinheit umfassen, welche einen ermittelten Positionswert, beispielsweise einen kontinuierlichen Verschiebeweg entlang der Längserstreckungsrichtung bzw. der Bewegungsrichtung einem Nutzer ausgibt.
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Die Rundstange ist vorzugsweise verdrehfest im Zylindergehäuse gelagert. Alternativ kann die Rundstange auch frei rotierbar im Gehäuse angeordnet sein. Hierbei ist die kodierte Beschichtung vorzugsweise ringförmig um den zylindrischen Grundkörper der Rundstange angeordnet. Dies bedeutet insbesondere, dass die jeweiligen kodierten Bereiche sich vorzugsweise um den gesamten Umfang der Rundstange erstrecken.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen, diese zeigen in:
- 1: eine Seitenansicht des Grundkörpers der erfindungsgemäßen Rundstange;
- 2a-2c: seitliche Schnittansicht der Herstellungsschritte der erfindungsgemäßen Rundstange gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform;
- 3a: eine seitliche Schnittansicht des Grundkörpers mit darin angeordnetem Abdeckelement und Kodierelement gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform;
- 3b: eine seitliche Schnittansicht eines Abdeckelements gemäß der Ausführungsform nach 3a;
- 4a,b: eine seitliche Schnittansicht des Grundkörpers mit darin angeordnetem Kodierelement und einer als Abdeckelement dienenden Passform gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform;
- 5: eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Positionsbestimmung aufweisend eine erfindungsgemäße Kolbenstange geführt in einem zugeordneten Hydraulikzylinder sowie zugeordnete Sensormittel;
- 6: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kodierelements in Form eines kodierten Messbands in Draufsicht;
- 7: eine schematische Seitenansicht einer Rundstange nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer auf dem zylindrischen Grundkörper aufgebrachten kodierten Beschichtung;
- 8: eine schematische Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels, aufweisend wenigstens zwei Längsabschnitte mit unterschiedlicher Beschichtung; und
- 9a,b eine schematische Querschnittsansicht einer Rundstange mit ringförmiger und segmentförmiger Anordnung der magnetisch unterscheidbaren Bereiche.
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1 eine Seitenansicht des Grundkörpers der erfindungsgemäßen maßverkörperten Rundstange 1, welche zur Anordnung in einem Zylinder 10 (vgl. 5), insbesondere einem Hydraulikzylinder ausgebildet ist.
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Die Rundstange 1 umfasst einen sich in Längserstreckungsrichtung L ersteckenden zylindrischen Grundkörper 2 zur Führung in einem Zylinder 10. Der Grundkörper 2 ist vorzugsweise als Kolbenstange ausgebildet und umfasst an einem ersten endseitigen Abschnitt einen Kopf 22a mit Gewindeabschnitt 8 zur Verbindung mit einem zu bewegenden Bauteil. Alternativ oder zusätzlich kann in dem endseitigen Abschnitt eine Bohrung (nicht gezeigt) vorgesehen sein, welche sich vorzugsweise senkrecht zur Längserstreckungsrichtung L erstreckt.
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An einem gegenüberliegenden endseitigen Abschnitt 22b umfasst der Grundkörper 2 vorzugsweise wenigstens eine erste ringförmige Vertiefung oder Einschnürung 9 zur Positionierung eines Dichtelements, beispielsweise eines Dichtrings 11b (vgl. 5), oder zur Anordnung eines Kolbens 18 auf dem Grundkörper.
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Der Grundkörper umfasst eine in Längserstreckungsrichtung L linear verlaufende, nutförmige Ausnehmung 3 mit einem vorzugsweise konstanten Querschnitt. Die Ausnehmung 3 dient zur Aufnahme eines Kodierelements 4 mit einer in Längserstreckungsrichtung angeordneten Kodierung zur Positionsbestimmung.
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2a-2c zeigen die Herstellungsschritte einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Rundstange.
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Wie in 2a gezeigt, wird zunächst eine Ausnehmung 3 in Längserstreckungsrichtung L als nutförmige Vertiefung geformt. Diese weist vorzugsweise ein zentrales Stegelement 3a auf, welches mittig in der nutförmigen Ausnehmung angeordnet ist und sich vom Nutgrund bis zu einer vordefinierten Höhe erstreckt. Das Stegelement 3a kann vorteilhaft als in Längserstreckungsrichtung L durchgängiges Stegelement 3a ausgebildet sein, insbesondere durch Ausbildung zweier paralleler nutförmiger Ausnehmungen im Grundkörper 2.
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In einem nächsten Schritt kann die Ausnehmung mit einem Verbindungsmittel, insbesondere mit einem Klebstoff 12 gefüllt werden, bevor das Kodierelement 4 in die Ausnehmung 3 eingelegt bzw. eingebracht wird. Das Kodierelement 4 wird hierbei vorzugsweise derart in der Ausnehmung 3 gebogen positioniert, dass es mittig auf dem Stegelement 3a aufliegt und ein Krümmungsradius des Kodierelements 4 bevorzugt einem Krümmungsradius der äußeren Mantelfläche 2a des Grundkörpers 2 entspricht oder zumindest diesem genähert ist.
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Weiterhin wird ein Abdeckelement 5 zur Abdeckung der Ausnehmung 3 und des darin angeordneten Kodierelements 4 in der Ausnehmung 3 angeordnet, wie in 2b gezeigt. Das Abdeckelement 5 ist hierbei vorzugsweise parallel zum Kodierelement 4 gebogen ausgebildet bzw. ausgeformt. Eine äußere Oberfläche des Abdeckelements 5schließt dabei vorzugsweise in Querschnittsansicht im Wesentlichen bündig mit der die Ausnehmung 3 umgebenden Oberfläche des Grundkörpers 2 ab.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann das Kodierelement 4 und das Abdeckelement 5 miteinander verbunden, insbesondere verklebt werden und anschließend gemeinsam gebogen und in die Ausnehmung 3 platziert werden. Das Kodierelement 4 und das Abdeckelement 5 können beispielsweise gemeinsam in die Ausnehmung 3 eingewalzt werden.
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Das Kodierelement 4 ist vorzugsweise aus ferromagnetischem Material wie beispielsweise Eisen ausgebildet. Das Abdeckelement 5 kann ebenfalls aus Eisen oder aus Edelstahl gebildet sein.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform, wie in 2c dargestellt, werden das Abdeckelement 5 und der Grundkörper 2 mit einer zusammenhängenden Beschichtung 13, insbesondere einer Chrom-Beschichtung, mit vorzugsweise konstanter Schichtdicke versehen. Beispielsweise kann der Grundkörper 2 zusammen mit dem Abdeckelement 5 hartverchromt werden.
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3a zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Rundstange 1 in Querschnittsansicht. In dieser Ausführungsform ist das Kodierelement 4 in einer planen, d.h. nicht gebogenen, Anordnung in der nutförmigen Ausnehmung 3 positioniert. Das bandartige Kodierelement 4 liegt hierbei parallel zu einem Nutgrund in der Ausnehmung 3. Das Kodierelement 4 kann auch in dieser Ausführungsform mittels eines Verbindungsmittel, insbesondere eines Klebstoffs, in der Ausnehmung 3 gehalten sein.
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Die Ausnehmung 3 ist hierbei mit einem zugeordneten Abdeckelement 6 verschlossen, welches in 3b detailliert dargestellt ist. Dieses ist als Abdeckprofil mit einem mittigen, gebogenen Profilabschnitt 14 ausgebildet, welcher eine Außenfläche 14a aufweist, die hinsichtlich Form und/oder Oberflächenbeschaffenheit im Wesentlichen dem Grundkörper 2 bzw. dessen Oberfläche 2a entspricht. Insbesondere weist der mittige Profilabschnitt 14 eine gekrümmte Oberfläche auf, welche in Querschnittsansicht auf die gerundete bzw. gekrümmte Mantelfläche des die Ausnehmung 3 umgebenden zylindrischen Grundkörpers 2 angepasst ist.
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Das Abdeckelement 6 umfasst weiterhin zwei gegenüberliegende Klemmbacken 15, mittels welcher das Profil in die Ausnehmung 3 einklemmbar ist. Die Höhe der Klemmbacken 15 ist hierbei vorzugsweise auf eine Tiefe der Ausnehmung 3 angepasst.
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Weiterhin bevorzugt umfasst die Rundstange 1 eine zusammenhängende Beschichtung 13 (gestrichelt dargestellt), insbesondere eine Chrom-Beschichtung, mit vorzugsweise konstanter Schichtdicke, welche über den Grundkörper 2 und das Abdeckelement 6 aufgetragen ist, wie zuvor bereits in Bezug auf die Ausführungsform gemäß 2a-2c beschrieben.
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4a,4b zeigen eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Rundstange 1. Hierbei umfasst das Abdeckelement 7 einen in die Ausnehmung einlegbaren Passkörper, dessen Oberfläche 7a auf die Querschnittsform, insbesondere auf die Krümmung der Mantelfläche 2a des Grundkörpers 2 angepasst, insbesondere geschliffen, ist.
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Wie in 4a gezeigt, kann der Passkörper 7 ein Flachprofil mit rechteckigem Querschnitt sein, insbesondere ein Edelstahlflachprofil, welches in die vorzugsweise stufenartige, nutförmige Ausnehmung 3 einlegbar ist und anschließend durch Schleifen in die gewünschte Form gebracht wird. Das Kodierelement 4 ist dabei in einem unteren Abschnitt der Ausnehmung 3 angeordnet und kann optional in der Ausnehmung 3 verklebt sein.
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Weiterhin bevorzugt umfasst die Rundstange 1 eine zusammenhängende Beschichtung 13 (gestrichelt dargestellt), insbesondere eine Chrom-Beschichtung, mit vorzugsweise konstanter Schichtdicke, welche über den Grundkörper 2 und das Abdeckelement 7 aufgetragen ist, wie zuvor bereits in Bezug auf die Ausführungsform gemäß 2a-2c beschrieben.
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5 zeigt eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Positionsbestimmung aufweisend die erfindungsgemäße Rundstange bzw. Kolbenstange 1, welche in einem Zylinder 10, insbesondere einem Hydraulikzylinder, bewegbar geführt angeordnet ist.
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Die Kolbenstange 1 ist dabei mittels Führungsmitteln wie beispielsweise einer oder mehrerer Gleitlagerflächen 16 im Zylinder 10 geführt angeordnet, wobei Dichtungsmittel, insbesondere Dichtringe 11a, 11b eine Abdichtung der Kolbenstange 1 im Zylinder 10 ermöglichen. In vorgesehenen Kammern 17a,17b kann in an sich bekannter Weise ein jeweils am Kolben 18 anliegender Druck variiert werden, um eine Bewegung der Kolbenstange 1 zu ermöglichen.
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Die Vorrichtung weist weiterhin eine Sensoranordnung 19 auf, welche zum Zusammenwirken mit dem in der Rundstange 1 integrierten, magnetisch auslesbaren Kodierelement 4 ausgebildet ist. Die Sensoranordnung 19 umfasst dabei vorzugsweise wenigstens einen Magnetfeldsensor, insbesondere einen Hall-Sensor, zum Auslesen und/oder Abtasten der Kodierung der Rundstange 1.
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Die Vorrichtung kann weiterhin eine Steuerungs- und/oder Auswertungseinheit 20 aufweisen, welche mit der Sensoranordnung 19 verbunden ist und welche ausgebildet ist, die von dem Magnetfeldsensor ausgelesene bzw. abgetastete Kodierung zur Positionsbestimmung auszuwerten und ein entsprechendes Signal zur Positionsbestimmung elektronisch bereitzustellen.
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6 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kodierelements 4 in Form eines kodierten Messbands in Draufsicht. Das kodierte Messband ist als längliches Flachprofil aus ferromagnetischem Material ausgebildet, in welches eine Positionskodierung durch Permanentmagnetisierung eingebracht ist.
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Die Kodierung umfasst eine Mehrzahl in Längserstreckungsrichtung L aneinandergereihte permanentmagnetisierte Abschnitte 21 mit vorzugsweise gleicher Länge. Die Abschnitte können hierbei alternierend, d.h. abwechselnd als Nord- oder Südpol (N,S), oder variierend, d.h. in vordefinierter Anordnung von aneinandergereihten Nord- und Südpolen, ausgebildet sein.
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Die Kodierung kann bei einem Verfahren der Kolbenstange entlang eines im oder am Gehäuse des Zylinders 10 positionsfest angeordneten Sensorelements 19 abgetastet und/oder ausgelesen werden, so dass hieraus eine Positionsbestimmung der Rundstange bzw. der Kolbenstange 1 ermöglicht wird.
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Mit Verweis auf 7-9 wird nachfolgend eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Rundstange beschrieben.
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Gemäß dieser Ausführungsform umfasst die Rundstange einen zylindrischen Grundkörper 2 zur Führung in einem zuordenbaren Zylinder 10 oder einem Zylindergehäuse, sowie eine auf einer Mantelfläche 2a des zylindrischen Grundkörpers wenigstens abschnittsweise aufgebrachte magnetisch kodierte Beschichtung 23. Die magnetisch kodierte Beschichtung 23 weist dabei eine sich in Längsrichtung L des Grundkörpers 2 erstreckende Kodierung zur Positionsbestimmung auf.
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Die Beschichtung 23 ist vorzugsweise mittels thermischen Spritzverfahren, insbesondere mittels Plasmaspritzverfahren, auf die Mantelfläche 2a wenigstens eines Längsabschnitts 25 des Grundkörpers 2 aufgetragen. Die Beschichtung weist vorzugsweise eine Schichtdicke zwischen 10 und 70µm, bevorzugt zwischen 15 und 50 µm, auf. Die Beschichtung ist vorteilhaft eine insbesondere ferritische, magnetisierbare Beschichtung.
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Wie in 7 gezeigt, weist der wenigstens eine Längsabschnitt 25 des Grundkörpers 2 in Längserstreckungsrichtung L eine konstante Querschnittsform auf und ist insbesondere frei von Querschnittseinschnürungen in der Mantelfläche. Der Längsabschnitt 25 dient vorzugsweise als Führungsfläche, mittels welcher die Rundstange 1 in einem Zylindergehäuse 10 geführt ist.
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Wie in 8 gezeigt, kann die Rundstange in Längserstreckungsrichtung L auch wenigstens zwei, vorzugsweise mehrere benachbarte, insbesondere ringförmige, Längsabschnitte 25a-d aufweisen, in denen die Mantelfläche 2a des Grundkörpers 2 eine magnetisch kodierte Beschichtung 23 aufweist. Die jeweilige Beschichtung 23a-23d in diesen Längsabschnitten kann dabei die gleiche oder eine unterschiedliche Materialzusammensetzung aufweisen.
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In der Beschichtung 23 gemäß Ausführungsbeispiel in 7 bzw. den einzelnen Abschnitten 23a-d gemäß Ausführungsbeispiel in 8 sind dabei magnetisch unterscheidbare Bereiche 24a,24b angeordnet, wie an der jeweiligen Unterkante der Rundstange 1 in 7,8 dargestellt. Die magnetisch unterscheidbaren Bereiche 24a,24b bilden vorzugsweise die Kodierung der Beschichtung aus, welche durch einen zugeordneten Magnetsensor 19 (vgl. 5) abtastbar und/oder auslesbar ist.
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Hierbei weisen die magnetisch unterscheidbaren Bereiche 24a,24b eine in Längsrichtung alternierende und/oder variierende Anordnung auf, so dass ein zugeordneter Magnetsensor 19 bei einer Bewegung in Längserstreckungsrichtung L die Kodierung abtasten und/oder auslesen kann und somit eine Position der Rundstange 1 entlang eines möglichen Verfahrwergs detektiert. Die magnetisch unterscheidbaren Bereiche 24a,24b sind dabei vorzugsweise permanentmagnetisierbare Bereiche, welche einen jeweiligen Nord- oder Südpol ausbilden. Die einzelnen entlang der Längserstreckungsrichtung L nebeneinander bzw. bevorzugt direkt benachbart angeordneten Bereiche 24a,24b weisen vorzugsweise eine jeweils gleiche Länge in Längserstreckungsrichtung auf.
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Wie in 9a,9b gezeigt ist, können die jeweiligen Bereiche 24a,24b jeweils in einem Kreissegment in der Beschichtung 23 ausgebildet sein (9a) oder um den gesamten Umfang der Rundstange 1 in der Beschichtung 23 ausgebildet sein (9b). Eine ringförmige Ausbildung um den gesamten Umfang der Rundstange 1 hat der Vorteil, dass die Rundstange 1 im zugeordneten Zylinder nicht notwendigerweise verdrehfest angeordnet bzw. geführt werden muss, um mit lediglich einem zugeordneten Magnetsensor 19 abgetastet bzw. ausgelesen zu werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rundstange
- 2
- Grundkörper
- 2a
- Oberfläche, Mantelfläche
- 3
- Ausnehmung
- 4
- Kodierelement
- 5,6,7
- Abdeckelement
- 5a,6a,7a
- Oberfläche
- 8
- Gewindeabschnitt
- 9
- Einschnürung
- 10
- Zylinder
- 11a,b
- Dichtringe
- 12
- Klebemittel
- 13
- Beschichtung
- 14
- Profilabschnitt
- 15
- Klemmelemente
- 16
- Führungsmittel, Gleitlagerflächen
- 17a,17b
- Kammern
- 18
- Kolben
- 19
- Sensoranordnung
- 20
- Auswertungseinheit
- 21
- kodierte Abschnitte
- 22a, b
- Enden Grundkörper
- 23
- Beschichtung
- 23a,23b
- Beschichtungsabschnitte
- 24a, b
- magnetisch unterscheidbare Bereiche
- 25
- Längsabschnitt
- 25a-d
- Längsabschnitte
- 30
- Vorrichtung zur Positionsbestimmung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018203884 A1 [0002]
