WO2008019838A1

WO2008019838A1 - Weglängensensor und dessen einbau

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Publication number: WO2008019838A1
Application number: PCT/EP2007/007218
Authority: WO
Inventors: Hanserdmann Von Biedersee; Eike Schmidt; Thomas Schmale
Original assignee: Mts Sensor Technologie Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2006-08-17
Filing date: 2007-08-16
Publication date: 2008-02-21
Also published as: DE202006012815U1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Weglängensensor, insbesondere einen magnetostriktiven Weglängensensor (Positionssensor), der besonders vorteilhaft unter widrigsten Einsatzbedingungen zum Einsatz kommt. Ein solcher Weglängensensor soll robust, widerstandsfähig gegen Feuchtigkeit und wartungsfrei sein. Weiterhin soll der Weglängensensor einfach und prozesssicher in der vorgesehenen Weglängensensoraufnahme (z.B. einem Hydraulikzylinder) verbaubar sein. Dies erfüllt erfindungsgemäß ein Weglängensensor (1) mit einer Messelektronik (7), die über mindestens eine Anschlussleitung (9) verfügt, die fest mit einem Verbinder (16; 116; 216) versehen ist, der mit einem Verbindergegenstück (17; 133, 117; 233, 217) kontaktierbar ist zur Weiterführung (31, 30) der mindestens einen Anschlussleitung (9), wobei der Weglängensensor (1) mit der Messelektronik (7), der Anschlussleitung (9) und dem Verbinder (16; 116; 216) eine frei händelbare Einheit bildet, wobei der Verbinder (16; 116; 216) ausgebildet ist zur Befestigung im Bereich einer Durchführung (10) einer Weglängensensoraufnahme (3, 4) und/oder von der Innenseite einer Weglängensensoraufnahme (3, 4) in oder durch eine Durchführung (10) soweit fühlbar ist, dass er mit dem Verbindergegenstück (17; 133,117; 233, 217) von außerhalb der Weglängensensoraufnahme (3, 4) verbindbar ist, und/oder ein Kontaktträger (16) ist, der mit einem Kontaktträgergehäuse (17) fest verbindbar ist.

Description

Weglängensensor und dessen Einbau

Die Erfindung betrifft einen Weglängensensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. sowie ein Verfahren zum Einbau desselben gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12.

Weglängensensor, insbesondere magnetostriktive Positionssensoren, werden unter anderem in Weglängensensoraufnahmen, die eine Art Gehäuse bilden, insbesondere Hydraulikzylindern, eingesetzt. Teilweise handelt es sich hierbei um sehr enge Bauverhältnisse, so dass Sensoren mit freien Anschlussleitungen verwendet werden, die mit den freien Anschlussleitungen (Drahtenden) zuerst in das Gehäuse eingeführt werden. Die freien Anschlussleitungen werden dann durch eine Öffnung in dem Gehäuse nach außen geführt und dort mit einem Verbinder, üblicherweise einem Flanschstecker oder einer Flanschbuchse, versehen. Der Verbinder wird anschließend über der Öffnung dichtend befestigt. Ein Verbinden der freien Anschlussleitungen mit einem Stecker oder einer Buchse vor dem Einbringen in das Gehäuse erfolgt nicht, da auf Grund der beengten Platzverhältnisse der Stecker oder die Buchse dann nicht durch die Öffnung geführt werden kann. Außerdem kann mit einem vor dem Einführen in das Gehäuse mit den Anschlussleitungen verbundenem Stecker oder Buchse eine sichere Abdichtung der Öffnung nicht erreicht werden. Solche Sensoren, insbesondere magnetostriktive Positionssensoren, sind beispielsweise unter der Marke Temposonics bekannt und u.a. in dem Prospekt „Tempsonics, M-Serie" der Firma MTS vom 20.10.2005 beschrieben.

Die DE 43 06 539 A1 beschreibt einen Weglängensensor, dessen Anschlussleitung mittels eine Kabeldurchführung zur Weglängensensoraufnahme abdichtend nach außen geführt ist. Der eigentliche Sensor ist über einen Steckkontakt mit der Messelektronikplatine verbunden, an der auch die Anschlussleitung angeschlagen ist. Eine solche Bauart ist aufwendig und kann höheren Schutzklassen gegen eindringende Feuchtigkeit kaum auf Dauer genügen.

Die DE 100 44 984 A1 zeigt ein ähnliches System, bei dem ebenfalls die Anschlussdrähte nach außen geführt werden.

Ähnliches beschreibt die US 5,313,160 A, in der ebenfalls die Anschlussleitung durch das Gehäuse geführt und mit der Messplatine verlötet wird.

Auch in der DE 43 34 811 A1 sind die Anschlussdrähte nach außen geführt. Im Unterschied zu den vorherigen Systemen bilden die Anschlussdrähte jedoch mit der Auswerteeinheit einen händelbaren Block, der mit dem Sensorgehäuse verschraubt wird. Die bereits beschriebenen Schwierigkeiten werden hierdurch nicht beseitigt.

Ein ähnliches, jedoch sehr aufwendiges System beschreibt die EP 1 435 462 A1. Hier wird der Sensor, wie eingangs beschrieben, mit freien Anschlussdrähten in einen Hydraulikzylinder eingesetzt. Die Anschlussdrähte werden über eine Durchführdichtung nach außen geführt und können dann erst dort mit einem Anschlussstecker versehen werden, der wiederum auf einer Trägerplatte befestigt wird. Die Anschlussdrähte werden mit einem speziellen Kabelschutzblech geschützt. Auch ein solches System ist nur schwierig gegen Feuchtigkeit abzudichten. In der DE 10 2004 062 968 A1 wird ein offener Aufbau eines solchen Sensorsystems beschrieben, wobei die Verdrahtung der Messelektronik mit dem Anschlussstecker in einer Deckelplatte sitzend erfolgt. Der eigentliche Weglängensensor ist auf Grund seines fliegenden Aufbaus nur sehr bedingt händelbar und daher nicht universell unter insbesondere widrigen Bedingungen einsetzbar.

Ein ähnliches System ist aus den DE 101 53 488 A1 und DE 101 53 489 A1 bekannt. Auch hier erfolgt eine fliegende Verdrahtung der Messelektronik mittels Drähten oder Filmleitern mit dem Anschlussstecker, der im Deckel untergebracht ist. Das System bereitet ebenso die im vorherigen Absatz beschriebenen Schwierigkeiten.

Auch die DE 101 08 925 A1 und die EP 1 249 681 A2 zeigen weitere Ausführungsformen solcher frei verdrahteter Systeme.

Die DE 44 38 164 A1 zeigt ein Messsystem, bei dem die innere Messelektronik über einen von außen ansetzbaren Anschlussstecker kontaktiert wird. Auch dieses System genügt keinen höheren Schutzklassen gegen Feuchtigkeit.

Eine völlig andere Art der Verbauung zeigt die US 7,059,238 B2, in der ein fertig aufgebautes Sensorsystem, aufweisend den Sensor mit der Messelektronik und ein Anschlusskabel mit einem Anschlussstecker. Dieses System ist frei händelbar und kann beispielsweise in Hydrozylinder eingebaut werden. Nachteilig ist hierbei die außen liegende Anschlussleitung, die nur aufwendig geschützt werden kann. Auch der weitere elektrische Anschluss ist nur mit hochwertigen Steckverbindungen genügend feuchtigkeitsdicht realisierbar.

Die oben beschriebene Art der Verbauung kann bei den meisten Sensoren zu Fehlern führen, die nicht sofort offensichtlich sind. Solche Fehler können beispielsweise kalte Verbindungsstellen sein. Außerdem ist diese Art der Verbauung sehr aufwendig, da die relativ kurzen Anschlussleitungen mit dem Stecker oder der Buchse verlötet oder verschraubt werden müssen. Die Verschraubung sowie die bleifreie Verlötung von Hand sind hierbei besonders störanfällig. Auch im Einsatz sind diese Sensoren -je nach Aufbau - besonders zu schützen. Dies gilt hinsichtlich einer Beschädigung der Anschlussleitung sowie dem Schutz gegen eindringende Feuchtigkeit.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist einen Weglängensensor derart auszubilden, dass dessen Einbringung in ein Gehäuse, insbesondere einen Hydraulikzylinder, und sein Kontaktieren sicher, leicht und schnell erfolgen kann. Dabei soll das System im Einsatz widrigen Bedingungen widerstehen können.

Gelöst wird diese Aufgabe hinsichtlich eines Weglängensensors mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Unteransprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen des Weglängensensors. Hinsichtlich des Einbringens wird die Aufgabe gelöst mit den Maßnahmen des Anspruchs 12 bzw. 16. Auch hier zeigen Unteransprüche besonders bevorzugte weitere Maßnahmen.

Basis der erfindungsgemäßen Linearwegsensoren ist das magnetostriktive Messverfahren, das den Istweg berührungslos von außen erfasst. Ein außen geführter Positionsmagnet löst im Sensorelement eine Körperschallwelle als Messimpuls aus. Dessen Ultraschallgeschwindigkeit wird physikalisch hoch genau gemessen und im Sensor in marktübiiche Normausgänge umgeformt. Das verschleißfreie magnetomechanische Wirkprinzip ohne Referenzpunktanfahrt garantiert langlebige und verschleißfreie Sensoren ohne Nachkalibrierung, so dass hohe Anforderungen an die erfindungsgemäße Gesamtkombination, insbesondere hinsichtlich Fehlerfreiheit, Robustheit und Langlebigkeit zu stellen sind. Erfindungsgemäß werden praktisch unverwüstliche Sensoren eingesetzt mit entsprechender Kontaktierung (Verbindung nach außen), Vorraussetzung für den harten Dauereinsatz in der rauen Umgebung der Zylinder. Die erfindungsgemäße Kombination der Verbinder mit einer Stabversion des Sensors ist speziell für Anwendungen in der Mobilhydraulik geeignet. Besondere Features sind:

• Der Sensorkopf beinhaltet die komplette Sensorelektronik.

• Der hochdruckfeste Maßstab mit Steckflansch taucht in die Kolbenstange. Der Elementarsensor, das magnetostriktive Sensorelement, befindet sich hermetisch verschlossen im Innern des Maßstabes.

• Der Positionsgeber, einzig bewegliches Sensorteil, wird auf dem Kolbenboden montiert. Dieser Permanentmagnet fährt berührungsfrei über den Maßstab und markiert mit seinem Magnetfeld durch das Druckrohr hindurch die gemessene Position.

Ein solcher, bereits gut geschützter Sensor wird nun mit einem Verbinder bzw. Kontaktträger am Ende seiner Anschlussleitung versehen und bildet mit diesem eine händelbare Einheit. Das Besondere hieran ist nun, dass dieser Verbinder bzw. Kontaktträger so ausgebildet ist, dass er beim Einbau in eine Weglängensensoraufnahme, insbesondere einen Arbeitszylinder (vorzugsweise Hydraulik- oder Fluidzylinder), durch eine Öffnung in diesem nach außen führbar ist, wo er mit einem weiteren Anschlusselement zusammengefügt und wieder in die Weglängensensoraufnahme zurückgeführt wird. Das weitere Anschlusselement dient anschließend dem dichten Verschließen der Öffnung und ist selbst ausgebildet als Teil einer äußeren Kontaktverbindung (insbesondere Steckkontaktverbindung), die den Einsatzbedingungen entsprechend stabil ausgebildet ist. Dieser Teil der Kontaktverbindung wird vorteilhaft so gewählt, dass als weiterführendes Teil ein Standardkontaktverbinder (Stecker oder Kupplung) zum Einsatz kommen kann, der ebenfalls die erforderliche Sicherheit bei den vorgesehenen Einsatzbedingungen hat.

Der Verbinder kann hierbei selbst Teil der äußeren Kontaktverbindung (des Anschlusselementes) werden (beispielsweise als Kontaktträger) oder mit diesem direkt oder über ein weiteres Verbinderelement (das selbst wiederum über ein kurzes Kabel mit der Kontaktverbindung verbunden ist), insbesondere durch Zusammenstecken, verbunden werden. Vorteilhaft ist ein solches Verbinden vertauschungssicher durch entsprechende Führungen in den Verbindungselementen.

Eine besondere Ausführungsform der Erfindung ist ein Sensor mit integrierter standardisierter Schnittstelle, wie beispielsweise CANopen, CAN J1939 oder der Analogschnittstelle, diese lässt sich ohne externe Auswerteelektronik direkt in ein Regelsystem für den Hydraulikzylinder einbinden. Die Mikroelektronik im Sensorkopf erzeugt streng weg- und ggf. auch geschwindigkeitsproportionale Ausgangsgrößen. Das Ausgangssignal wird bei diesem Sensor werkseitig auf die Messlänge und Geschwindigkeit eingestellt und benötigt nie eine Nachkalibrierung. Der Sensor ist vorteilhaft aus Edelstahl gefertigt, insbesondere 1.4305/AISI 304. Ausgelegt wird der Sensor typischerweise für Druckbelastungen von 450 bar.

Die Erfindung beinhaltet also robuste Sensoren mit robustem und einsatzsicherem Anschluss, ideal insbesondere für den harten Dauereinsatz in hydraulischen Antrieben. Der Sensor ist als druckfeste Stabversion insbesondere auch für den Einsatz in der Mobilhydraulik ausgebildet und ist durch seinen Formfaktor und sichere Verbaubarkeit in dem Zylinder der ideale Wegsensor für kompakte Standard-Hydrozylinder. Dieser Absolutsensor bildet mit hochwertigen Fluidzylindern und präzisen Regelventilen kompakte Antriebssysteme mit berührungsfreier Messtechnik für eine neue Generation der Fahrzeughydraulik, bereit und betriebssicher für ein weites Einsatzgebiet.

Der erfindungsgemäße Weglängensensor verfügt über eine Messelektronik und eine Anschlussleitung, die mit einem Verbinder fest verbunden ist. Der Verbinder weist vorteilhaft mindestens zwei Kontakte auf, vorzugsweise mindestens drei. Weiterhin ist der Verbinder vorzugsweise ein Kontaktträger, der mindestens ein (vorteilhaft jedoch mindestens zwei) Kontaktelement hat, das mit einer Anschlussleitung fest verbunden ist. Das Kontaktelement ist üblicherweise ein Kontaktstift oder eine Kontaktbuchse. Dabei ist das Kontaktelement dicht abschließend in dem Kontaktträger gehalten, beispielsweise durch ein Einpressen oder Umspritzen mit der Kontaktträgermasse.

Der Verbinder ist vorgesehen, um mit einem Verbindergegenstück kontaktiert zu werden. Als Verbindergegenstück kommen insbesondere allgemein käuflich erwerbbare Standardstecksysteme (Stecker oder Buchse) zum Einsatz, die vorzugsweise fest und dichtend mit einem Kabel verbunden sind. Vorteilhaft kommen hierbei Standardstecksysteme zum Einsatz, die mit dem Verbinder bzw. einem diesem angepassten Gehäuse (Kontaktträgergehäuse) fest und feuchtigkeitsdicht verbindbar sind. Dies kann insbesondere durch Verschraubung oder auch mittels eines Schnappoder Bajonettverschlusses erfolgen. Besonders geeignet sind mit dem Stecksystem verschweißte oder vergossene Kabel. Über dieses Stecksystem wird der erfindungsgemäße Weglängensensor mit einer Auswerteeinheit verbunden, die beispielsweise wiederum einen Hydraulikzylinder steuert.

Zur Vermeidung der Probleme des Stands der Technik bildet der Weglängensensor mit der Messelektronik, der Anschlussleitung und dem Verbinder eine frei händelbare Einheit. Hierzu ist der Verbinder bereits werksseitig fest mit der Anschlussleitung und diese wiederum fest mit der Messeelektronik verbunden. Vorteilhaft sind diese Verbindungen feuchtigkeitsdicht ausgeführt. Hierzu wird die Anschlussleitung vorteilhaft mit dem Verbinder vergossen, nachdem sie an dem Verbinder kontaktiert und dabei befestigt wurde. Das Vergießen kann beispielsweise durch Anspritzen einer Klebermasse, insbesondere Silikonmasse erfolgen. Die Abdichtung zur Messelektronik hin kann ebenso durch Vergießen erfolgen, auch eine Durchführung durch eine Dichtung (O-Ring oder schlauchförmige Profildichtung) ist möglich.

Weiterhin ist der Verbinder vorteilhaft ausgebildet zur Befestigung im Bereich einer Öffnung einer Weglängensensoraufnahme. Die Weglängensensoraufnahme bildet also für den Weglängensensor eine Art Gehäuse und die Öffnung eine Durchführung, um den Weglängensensor nach außen hin (bezogen auf das Gehäuse) anschließbar zu machen. Vorzugsweise ist der Verbinder dabei so ausgebildet, dass er durch die Öffnung durchführbar ist. Außerhalb der Aufnahme wird der Verbinder dann in das Kontaktträgergehäuse eingeschoben und mit diesem befestigt, vorteilhaft verrastert. Die Befestigung des Verbinders in dem Kontaktträgergehäuse erfolgt vorteilhaft feuchtigkeitsdicht, beispielsweise mit einer O-Ringdichtung.

Vorzugsweise kann der Kontaktträger werkzeuglos mit dem Kontaktträgergehäuse verbunden werden. Auch eine werkzeuglose Demontage ist vorteilhaft möglich. Dies wird beispielsweise durch die Verrasterung erreicht, wobei die Verrasterung vorteilhaft auf manuell greifbaren Rastfingern oder ähnlichem angeordnet ist, so dass durch einen einfachen Druck auf diese Finger die Verrasterung manuell lösbar ist. Auch ein Befestigen bzw. Lösen mittels eines Standardwerkzeugs, z.B. einem Schraubendreher, ist möglich. Vorteilhaft wird dabei kein separates Befestigungsmittel, wie beispielsweise eine Schraube, eingesetzt, das Werkzeug dient dann nur der Betätigung einer Verrasterung (die Finger sind sehr kurz und enden im Kontaktträger (17). Ferner sind auch Lösungen denkbar, die nicht mehr demontierbar sind (die Finger enden dann im Bereich der Rasthaken). Das Kontaktträgergehäuse selbst wird nach dem Verbinden mit dem Kontaktträger an der Weglängensensoraufnahme dichtend angebracht, zum Beispiel durch Verschraubung.

Der feuchtigkeitsdichte Abschluss des Kontaktträgergehäuses mit der Weglängensensoraufnahme und/oder des Kontaktträgergehäuses mit dem Kontaktträger wird vorteilhaft mit einer Dichtung, insbesondere einem oder mehreren O- Ringen erreicht.

Mit den beschriebenen Maßnahmen wird ein feuchtigkeitsdichter Abschluss mindestens der Schutzklasse IP 67, vorzugsweise IP 68 und insbesondere der Schutzklasse IP 69 K (International Protection) erreicht. Dies bedeutet, dass der erfindungsgemäß verbaute Weglängensensor, beispielsweise in einem Hydraulikzylinder, der Reinigung mit einem Wasserstrahl-Hochdruckreiniger widersteht, ohne dass Feuchtigkeit eindringt.

Die Kontaktierung der Anschlussleitung mit dem Verbinder erfolgt vorteilhaft durch Verkrimmpen. Diese Anschlussart hat die Güte einer Kaltverschweißung und ist gasdicht, wobei die Krimmpstelle vorteilhaft so stark verpresst wird, dass sie praktisch hohlraumfrei ist. Dies führt zu einer besonders guten Korrosionsfreiheit. Das Verkrimmpen erfolgt vorteilhaft an einem Kontakt, der meist als Stift, aber auch als Buchse ausgebildet sein kann. Ein Verlöten ist auch möglich, insbesondere wenn nicht auf Bleifreiheit zu achten ist.

Vorzugsweise weist der Verbinder (Kontaktträger) eine Führung (z.B. Nut, Nase, Feder...) auf, die eine rotationspositionsgenaue Befestigung in der Öffnung ermöglicht. Vorteilhaft wirkt diese Führung mit dem Kontaktträgergehäuse zusammen, das entsprechend der Führung eine Gegenführung aufweist. Diese rotationspositionsgenaue Befestigung kann dabei nur eine Position erlauben, auch mehrere Positionen sind möglich. Bei mehreren Positionen werden vorteilhaft 30°, 45°, 60°, 90°, 120° und/oder 180°-Schritte vorgesehen. Insbesondere die 45°, 90°-Schritte werden vorteilhaft mit dem Kontaktträgergehäuse bei der Anbringung an der Weglängensensoraufnahme erreicht. Hierdurch sind verschiedenste Anbringungen des weiterführenden Kabels außerhalb der Weglängensensoraufnahme möglich, was insbesondere bei der Verwendung eines Winkelsteckers als Verbindergegenstück vorteilhaft ist. Die Erfindung kommt besonders vorteilhaft bei magnetostriktiven Weglängensensoren (Positionssensoren) zum Einsatz, da diese hochpräzisen Sensoren oft unter widrigsten Einsatzbedingungen sind.

Solche widrigen Einsatzbedingungen liegen insbesondere bei dem Verbau der Weglängensensoren in Hydraulikzylindern vor. Ein solcher Sensor wird entsprechend ausgebildet, um gegen die Hydraulikflüssigkeit dichtend in den Zylinder des Hydraulikzylinders eingesetzt zu werden. Der Verbinder wird entsprechend in einer Öffnung, die entgegengesetzt der Hydraulikflüssigkeitsseite angeordnet ist, positioniert. Dies erfolgt durch eine Befestigung mittels des Kontaktträgergehäuses, das dichtend mit dem Zylinder des Hydraulkzylinders verbunden, insbesondere verschraubt wird. Ein derart verbauter Sensor widersteht einerseits dem Hydraulikdruck (bis zu 450 bar) und andererseits großen Temperaturbereichen, ohne dass Undichtigkeiten auftreten. Hinzu kommt eine mögliche starke Verschmutzung im Bereich des Verbinders mit entsprechend aggressiven Reinigungen.

Vorteilhaft hat der erfindungsgemäße Weglängensensor mindestens zwei und insbesondere mindestens drei Adern in der Anschlussleitung. Andererseits hat der erfindungsgemäße Weglängensensor vorteilhaft höchstens zehn und insbesondere höchstens sieben Adern in der Anschlussleitung. Mit dieser Adernzahl lässt sich die Erfindung besonders gut umsetzen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch eine mehrteilige Anschlussleitung oder ein mehrteiliger Verbinder vorgesehen sein. Beide Varianten sind vorzugsweise dann zweiteilig ausgebildet unter Einsetzung einer Verbinderkombination zwischen dem eigentlichen Verbinder (Endverbinder, der den Anschluss nach außen übernimmt) und der Messelektronik. Die Verbinderkombination ist mehrteilig jeweils mit einem Ende der Teilanschlussleitungen bzw. mit der Anschlussleitung einerseits und mit dem inneren Ende des Endverbinders elektrisch leitend verbunden. Die einzelnen Verbinderkombinationsteile sind fest miteinander leitend verbindbar und vorteilhaft auch wieder lösbar. Vorzugsweise kommt hierbei eine übliche Stecker/Kupplungs- Kombination zum Einsatz.

Der Endverbinder ist wiederum ausgebildet, um (von außen) über bzw. in einer Durchführung befestigt zu werden, vorteilhaft als Flanschverbinder. Die Verbinderkombination ist dabei so ausgebildet, dass das messelektronikseitige Verbinderkombinationsteil in bzw. durch die Durchführung geführt werden kann zur Verbindung mit dem entsprechenden Gegenstück, das entweder an einem Teilstück der Anschlussleitung oder direkt an dem Endverbinder liegt. Zur Montage sind also die Verbinderkombinationsteile getrennt und werden erst nach dem Durchführen eines der Verbinderkombinationsteile durch die Durchführungsöffnung miteinander verbunden. Vorteilhaft wird das messelektronikseitige Verbinderkombinationsteil zumindest weitestgehend durch die Durchführungsöffnung geführt und dann mit dem endverbinderseitigen Verbinderkombinationsteil fest verbunden und mit diesem wieder zurück durch die Öffnung geführt. Anschließend wird der Endverbinder auf der Öffnung befestigt. Da bei dieser Verbindungsweise jedoch eine Verbindereinheit mehr zum Einsatz kommt, ist die zuerst beschriebene Variante bevorzugt.

Bei allen Ausführungsbeispielen ist die Anschlussleitung vorteilhaft mit einem PUR- Mantel versehen, die einzelnen Adern sind vorzugsweise PE-ummantelt. Die Herstellung des erfindungsgemäßen Weglängensensors erfolgt vorteilhaft durch Kontaktieren des Verbinders (Kontaktträgers) mit den einen Enden der Anschlussleitungen und danach Kontaktieren der anderen freien Enden der Anschlussleitungen mit der Messelektronik. Das heißt, der Verbinder mit den Anschlussleitungen wird fertig konfektioniert (incl. eventueller Vergießung), insbesondere in einer eigenen Fertigung für Verbinder (Stecker-/ Buchsenhersteller). Die so vorgefertigte Verbinder-Anschlussleitungeneinheit wird dann dem Hersteller von Weglängensensoren zugeführt, der dann die freien Enden der Anschlussleitungen mit der Messelektronik verbindet und ggf. abdichtet.

Grundsätzlich ist auch eine Verbindung der Messelektronik zuerst mit der Anschlussleitung möglich, danach wird dann der Verbinder montiert und gewünschten falls vergossen. Die zuerst beschriebene Variante der Montage ist jedoch bevorzugt, da das Verbinden der Anschlussleitung zuerst mit dem Verbinder (über die Kontakte) prozesssicherer ist.

Die Erfindung wird im Folgenden an Hand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen

Figur 1 einen in einem Hydraulikzylinder verbauten Weglängensensor mit dem erfindungsgemäßen Anschluss;

Figur 2 den Weglängensensor mit dem erfindungsgemäßen Anschluss im Detail und vor dem Zusammenbau;

Figur 3 einen weiteren erfindungsgemäßen Anschluss innerhalb einer Weglängensensoraufnahme; und

Figur 4 eine dritte Ausgestaltung des Anschlusses an einem Kontaktträger. Im Wesentlichen besteht der Sensor aus drei Teilen:

• Der Sensorkopf, als Flanschgehäuse mit Spielpassung ausgebildet trägt die komplette Elektronik 7 zur aktiven Signalaufbereitung und bietet optimalen EMV-Schutz.

• Der druckfeste Maßstab 8 mit Steckflansch schützt das Sensorelement, das sich hermetisch verschlossen im Innern des Stabes 8 befindet.

^• Der passive Positionsgeber 29, ein einfacher Dauermagnet fährt mechanisch völlig entkoppelt über den Sensor und markiert durch das Druckrohr 8 hindurch die Position.

Wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt, ist der Hydraulikzylinder 2 aufgebaut aus einem Zylinder 3, der mit einem Zylinderkopf 4 verbunden ist und in dem eine Kolbenkombination 5 gleitbar geführt ist. Die Kolbenkombination 5 ist verschiebbar durch Druck eines Hydrauliköls, das über die Hydraulikanschlüsse 6 bzw. 28 in den Hydraulikzylinder 2 eingebracht bzw. aus diesem ausgelassen wird. In dem Zylinderkopf 4, der eine Art Gehäuse bildet, sitzt fest fixiert ein Weglängensensor (Positionssensor), der nach dem magnetostriktiven Prinzip arbeitet. Hierzu weist der Weglängensensor einen Messfühler 8 auf, der sich in Längsrichtung über die gesamte zu messende Verschiebebahn der Kolbenkombination 5 erstreckt. Üblicherweise ist der Messfühler 8 hierzu mittig im Zylinder angeordnet. Zur Aufnahme der Position der Kolbenkombination 5 ist in dieser ein zumeist ringförmiger Magnet 29 fixiert, dessen Position der Messfühler 8 ermittelt.

Über eine Anschlussleitung 9 (in der Zeichnung der Übersicht halber etwas zu kurz dargestellt) wird das Messsignal der Messelektronik 7 weitergeleitet. Hierfür ist in dem Zylinderkopf 4 eine Durchführung 10 vorgesehen, durch die die Anschlussleitung 9 zur Montage nach außen führbar ist. Die Anschlussleitung 9 weist Einzelkabel 11 (im vorliegenden Fall vier) auf, die mit Kontaktträgerstiften 22 verkrimmt 24 sind. Die Kontaktträgerstifte 22 sitzen in einem Kontaktträger 16, dessen Durchmesser kleiner als der Durchmesser der Durchführung 10 ist. Hierdurch kann beim Einbringen des Weglängensensor 1 in den Zylinderkopf 4 der Kontaktträger 16 bereits mit der Anschlussleitung 9 fest verbunden sein. Dabei sitzen die Kontaktträgerstifte 22 fest in dem Körper 23 des Kontaktträgers 16, wobei zur Gewährleistung einer hohen Feuchtigkeitsdichtheit der hintere Teil des Kontaktträgers 16 bis über eine Isolierung der Einzelkabel 11 hinweg mit einer Dichtmasse 25 vergossen ist.

Zur Montage wird der durch die Durchführung 10 geführte Kontaktträger 16 in eine Bohrung 21 eines Kontaktträgergehäuses 17 geschoben, wobei ein O-Ring 19 den Kontaktträger 17 radial zu der Bohrung 21 abdichtet. Beim Erreichen seiner Endposition in dem Kontaktträgergehäuse 17 verrastet der Kontaktträger 16 über Fixierungen 18 in diesem. Anstelle von Rastfixierungen ist auch eine Drehfixierung möglich. Im vorliegenden Fall liegen die kontaktträgerseitigen Fixierungen 18 auf Fingern 15, die für eine Demontage manuell radial zusammenpressbar sind, so dass der Kontaktträger 16 wieder aus dem Kontaktträgergehäuse 17 ziehbar ist. Die Fixierung ist für den späteren harten Einsatz genügend robust auszuführen.

Nach diesem Zusammenbau wird das Kontaktträgergehäuse 17 in Richtung der Durchführung 10 geführt und dort durch die Befestigungsbohrungen 26 in den Befestigungsgewindebuchsen 27, die rings um die Durchführung 10 angeordnet sind, verschraubt. Zur Abdichtung des Kontaktträgergehäuses 17 gegen den Zylinderboden 4 trägt das Kontaktträgergehäuse 17 einen O-Ring 20, der auf und/oder in der Durchführung 10 liegend diese feuchtigkeitsdicht verschließt.

Das so verbaute Kontaktträgergehäuse 17 wird im Gebrauch des Hydraulikzylinders 2 über ein Kabel 30 angeschlossen, das über eine Überwurfmutter 31 mit einem Gewinde 32 des Kontaktträgergehäuses 17 verschraubt wird.

In der Figur 3 ist im Unterschied zu der vorherigen Ausführungsform eine Verbinderkombination als Zwischensteckereinheit 135 dargestellt, die weglängensensorseits eine Kupplung 116 aufweist. Zur Weiterführung ist ein Stecker 133 vorgesehen, der über eine kurze weitere Anschlussleitung 109 Anschluss zu einem Endverbinder 117 herstellt (Stecker und Kupplung können auch vice versa angeordnet oder durch andere Kontaktelemente ausgetauscht sein). In dieser Ausführungsform hat man eine mehrteilige Anschlussleitung, die jeweils mit einem Ende der Teilanschlussleitungen 9, 109 einerseits und mit dem inneren Ende 1016 des Endverbinders elektrisch leitend verbunden ist. Die einzelnen Verbinderkombinationsteile sind fest miteinander leitend verbindbar und vorteilhaft auch wieder lösbar.

Auch hier ist der Endverbinder 117 wiederum ausgebildet, um (von außen) über bzw. in der Durchführung 10 befestigt zu werden, vorteilhaft als Flanschverbinder, der hier jedoch im Unterschied zur ersten Ausführungsform einteilig ausgebildet sein kann. Die Zwischensteckereinheit 135 ist dabei so ausgebildet, dass die messelektronikseitige Kupplung 116 in bzw. durch die Durchführung 10 geführt werden kann zur Verbindung mit dem entsprechenden Stecker 32, der an dem Ende der weiteren Anschlussleitung 109 liegt. Zur Montage sind also die Verbinderkombinationsteile 116, 133 getrennt und werden erst nach dem Durchführen eines der Verbinderkombinationsteile durch die Durchführungsöffnung 10 nach außen miteinander verbunden um dann gemeinsam wieder zurückgeschoben zu werden. Die Position der durch die Durchführung 10 nach außen geführten Zwischensteckereinheit 135 ist zur Veranschaulichung in Figur 2 mit 134 angedeutet.

Vorteilhaft wird das messelektronikseitige Verbinderkombinationsteil 116 zumindest weitestgehend durch die Durchführungsöffnung 10 geführt und dann mit dem endverbinderseitigen Verbinderkombinationsteil 133 fest verbunden und mit diesem wieder zurück durch die Öffnung 10 geführt. Anschließend wird der Endverbinder 1 17 auf der Öffnung 10 befestigt, insbesondere durch Verschraubung.

Die Zwischensteckereinheit 135 weist vorteilhaft eine Sicherung gegen unbeabsichtigtes Lösen auf, insbesondere eine Verrastung, die vorzugsweise von Hand werkzeuglos wieder lösbar ist. Im vorliegenden Fall wird dies mit einem Finger 140 erreicht, der über einer Nase 141, die auf der Kupplung 1 16 liegt, beim Zusammenschieben selbsttätig einrastet. Durch asymmetrische Auslegung der Zwischensteckereinheit 135, insbesondere der Verrasterung 140,141 , wird eine vertauschungssichere Kontaktierung erreicht.

Die in der Figur 4 gezeigte dritte Variante ist der Ausführungsform gemäß Figur 3 sehr ähnlich, so dass übertragbare Merkmale auch für diese Ausführungsform gelten, ohne dass sie hier nochmals erwähnt werden.

Auch hier ist eine Verbinderkombination als Zwischensteckereinheit 235 vorgesehen, die weglängensensorseits wiederum die Kupplung 216 aufweist. Zur Weiterführung ist ein Stecker 233 vorgesehen, der direkt an den Endverbinder 217 angeformt ist (Stecker und Kupplung können auch hier vice versa angeordnet oder durch andere Kontaktelemente ausgetauscht sein). In dieser dritten Ausführungsform hat man keine mehrteilige Anschlussleitung, so dass hier die in bzw. durch die Durchführung 10 geführte messelektronikseitige Kupplung 216 mit dem direkt am inneren Ende der Endverbinderkombination 2016 angebrachten Steckerteil 233 gekoppelt wird.

Analog dem Ausführungsbeispiel in Figur 3 ist der Endverbinder 217 wiederum ausgebildet, um (von außen) über bzw. in der Durchführung 10 befestigt zu werden, vorteilhaft wieder als einteiliger Flanschverbinder.

Diese Endverbinderkombination 2016 weist ebenfalls vorteilhaft eine Sicherung gegen unbeabsichtigtes Lösen der Steckverbindung mit der Kupplung 216 auf, insbesondere eine Verrastung, die wiederum vorzugsweise von Hand werkzeuglos lösbar ist. Auch hier wird dies mit einem Finger 240 erreicht, der über einer Nase 241 , die auf der Kupplung 216 liegt, beim Zusammenschieben selbsttätig einrastet. Durch asymmetrische Auslegung der Endverbinderkombination 2016, insbesondere der Verrasterung 240, 241 , wird ebenso eine vertauschungssichere Kontaktierung erreicht.

Die Erfindung hat vorteilhaft folgende Anschlüsse:

Varianten 3- bis 8-polig (Optional 10-polig) Aderleitung 0,25 bis 0,5mm²

Adern mit Vollmaterial-Stiftkontakten gasdicht vercrimpt oder verlötet und mit dem Kontaktträger längswasserdichtend (z.B. durch Verguss) dauerhaft verbunden. Aderisolation aus Werkstoff PVC, PUR oder PE. 0 Aderisolation 1 bis 2,5 mm

Kontaktträger

Kontaktträger für Stecker M12 gem. DIN 61076-2-101

Varianten Codierung A, B, D

Kontaktträger ohne Werkzeug montierbar und mindestens 3x demontierbar, ebenfalls ohne Werkzeug

Kontaktträger in 45⁰C Schritten verdreht montierbar.

Kontaktträger mittels O-Ring gegen Flanschgehäuse gedichtet, mind. IP67

Vibrationsfest bis 25g sinusförmig und Schockfest bis 100g entsprechend DIN

EN 60068-2-6 und DIN EN 60068-2-27

Für Nennspannungen bis mindestens 50VDC

Temperaturbereich Standard - 40 bis 85°C, besser bis 105⁰C

Kurzzeitig resistent gegen Hydrauliköl, Wasser, Eisen-Phosphat-Reiniger und

Motorreiniger

Flanschgehäuse

Drehteil zur Kontaktträger-Aufnahme ausgeführt in Messing vernickelt, optional Edelstahl 1.4305 oder Zinkdruckguss

Kombi-Ausführung zum Anschluss Gegenstecker Schraubanschluss M12x1 oder Rastanschluss

Flanschgehäuse verdrehbar einzubauen, vorzugsweise in 90° Schritten

Flanschgehäuse mittels O-Ring radial gegen Bohrung in der Zylinderwandung dichtend, entsprechend IP69k

Gesamte Baugruppe IP69k im gesteckten Zustand

Falls Abdeckkappen für Pulverlackier-Prozesse vorzusehen wären, so sollten diese die einzelnen Steckerpins kurzschließen und eine Anschlussmöglichkeit zur Maschinenmasse bieten

Weitere Varianten

Ausführung M8, M9 oder M16 Anschlussgewinde, bzw. mit Rast oder Bajonettanschluss

Ausführung mit unterschiedlichen Codierungen B und D für den Anschluss an Bussysteme Mit der Erfindung wird gegenüber herkömmlichen Weglängensensoren eine höchste Prozess- und Betriebssicherheit erreicht. Die erfindungsgemäßen magnetostriktiven Positionssensoren können schneller und prozesssicherer in Hydraulikzylinder eingesetzt werden, so dass insbesondere später auftretende Fehler und Verbaufehler vermieden werden können.

Bezugszeichenliste

1 Weglängensensor

2 Hydraulikzylinder

3 Zylinder

4 Zylinderkopf

5 Kolbenkombination

6 1. Hydraulikanschluss

7 Messelektronik

8 Messfühler

9 Anschlussleitung

10 Durchführung

11 Einzelkabel

12 Dichtring

13 Sicherungsnut

14 Zylinderbefestigung

15 Finger

16 Kontaktträger

17 Kontaktträgergehäuse

18 Fixierung

19 0-Ring

20 O-Ring

21 Bohrung

22 Kontaktträgerstift

23 Kontaktträgerkörper

24 Verkrimmpung

25 Dichtmasse

26 Befestigungsbohrung

27 Befestigungsgewindebuchse

28 2. Hydraulikanschluss

29 Positionsgeber (Ringmagnet)

30 Kabel

31 Stecker mit Überwurfmutter

32 Gewinde

109 weitere Anschlussleitung

116 Kupplung

117 Endverbinder

133 Stecker

134 Position

135 Zwischensteckereinheit

140 Finger

141 Nase

216 Kupplung

217 Endverbinder 233 Stecker

235 Zwischensteckereinheit

240 Finger

241 Nase

1016 innere Ende des Endverbinders 2016 Endverbinderkombination

Claims

Patentansprüche

1. Weglängensensor (1) mit einer Messelektronik (7), die über mindestens eine Anschlussleitung (9) verfügt, die fest mit einem Verbinder (16; 116; 216) versehen ist, der mit einem Verbindergegenstück (17; 133,117; 233,217) kontaktierbar ist zur Weiterführung (31 , 30) der mindestens einen Anschlussleitung (9), wobei der Weglängensensor (1 ) mit der Messelektronik (7), der Anschlussleitung (9) und dem Verbinder (16; 116; 216) eine frei händelbare Einheit bildet, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbinder (16; 116; 216) ausgebildet ist zur Befestigung im Bereich einer Durchführung (10) einer Weglängensensoraufnahme (3, 4) und/oder von der Innenseite einer Weglängensensoraufnahme (3, 4) in oder durch eine Durchführung (10) soweit fühlbar ist, dass er mit dem

Verbindergegenstück (17; 133,117; 233,217) von außerhalb der

Weglängensensoraufnahme (4) verbindbar ist, und/oder ein Kontaktträger (16) ist, der mit einem Kontaktträgergehäuse (17) fest verbindbar ist.

2. Weglängensensor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Verbinder (16; 116; 216) ausgebildet ist um werkzeuglos mit dem Verbindergegenstück (17; 133,117; 233,217) fest verbindbar und/oder werkzeuglos von dem Verbindergegenstück (17; 133,1 17; 233,217) wieder lösbar zu sein.

3. Weglängensensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbinder (16; 216) mit dem Verbindergegenstück (17; 233,217) im Bereich der Durchführung der Weglängensensoraufnahme befestigbar ist.

4. Weglängensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbinder mindestens die Schutzklasse IP 67, insbesondere IP 69 K erfüllt.

5. Weglängensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Anschlussleitung an dem Verbinder angeschlagen ist

6. Weglängensensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussleitung mit einem Kontakt (22) verkrimmt ist.

7. Weglängensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbinder eine Führung (18) aufweist zur rotationspositionsgenauen Befestigung im Bereich der Durchführung der Weglängensensoraufnahme und/oder rotationspositionsgenauen Verbindung mit dem Kontaktträgergehäuse.

8. Weglängensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er ein magnetostriktiver Weglängensensor ist.

9. Weglängensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er ausgebildet ist um in einen mit einem Hydraulikfluid füllbaren Hydraulikzylinder (3, 4) als Weglängensensoraufnahme gegen die Hydraulikfluid dichtend einsetzbar zu sein.

10. Weglängensensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbinder mit dem Kontaktträgergehäuse an dem Hydraulikzylinder befestigbar ist.

11. Weglängensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens zwei Anschlussleitungen aufweist, die gemeinsam fest mit dem Verbinder verbunden sind.

12. Verfahren zum Einbau eines Weglängensensors mit einer Messelektronik, die über mindestens eine Anschlussleitung verfügt, in eine Weglängensensoraufnahme, insbesondere einen Hydraulikzylinder, gekennzeichnet durch die Schritte:

Bilden einer händelbaren Einheit aus dem Weglängensensor mit der

Messelektronik, der mindestens einen Anschlussleitung und einem

Verbinder, der fest mit der Anschlussleitung verbunden und ausgebildet ist um mit einem Gegenstück kontaktiert zu werden zur

Weiterführung der mindestens einen Anschlussleitung,

Einbringen des Weglängensensors mit der Anschlussleitung und dem

Verbinder in eine Weglängensensoraufnahme, insbesondere in einen

Zylinderkopf eines Hydraulikzylinders,

Führen des Verbinders von der Innenseite der

Weglängensensoraufnahme in oder durch eine Durchführung der

Weglängensensoraufnahme

Befestigen des Verbinders im Bereich der Durchführung der

Weglängensensoraufnahme.

13. Verfahren nach Ansprüche 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Befestigung des Verbinders im Bereich der Durchführung dieser durch die Durchführung nach außen geführt, dort an einem Kontaktträgergehäuse oder Endverbinder fixiert wird, und anschließend das Kontaktträgergehäuse oder der Endverbinder mit dem fixierten Verbinder die Durchführung verschließend an der Weglängensensoraufnahme befestigt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbinder werkzeuglos mit dem Kontaktträgergehäuse oder Endverbinder fest verbunden wird und/oder werkzeuglos von dem Kontaktträgergehäuse oder Endverbinder wieder abgelöst werden kann.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktträgergehäuse oder der Endverbinder mit der Weglängensensoraufnahme verschraubt wird.

16. Verfahren zum Einbau eines Weglängensensors mit einer Messelektronik, die über mindestens eine Anschlussleitung verfügt, in eine Weglängensensoraufnahme, insbesondere einen Hydraulikzylinder, gekennzeichnet durch die Schritte:

Bilden einer händelbaren Einheit aus dem Weglängensensor mit der Messelektronik, der mindestens einen Anschlussleitung und einem Verbinder, der fest mit der Anschlussleitung verbunden und ausgebildet ist um mit einem Verbindergegenstück kontaktiert zu werden zur Weiterführung der mindestens einen Anschlussleitung, Einbringen des Weglängensensors mit der Anschlussleitung und dem Verbinder in eine Weglängensensoraufnahme, insbesondere in einen Zylinderkopf eines Hydraulikzylinders, Führen des Verbinders von der Innenseite der Weglängensensoraufnahme in oder durch eine Durchführung der Weglängensensoraufnahme,

Verbinden des Verbinders mit dem Verbindergegenstück, das zur Weiterführung der mindestens einen Anschlussleitung mit einem inneren Ende eines Endverbinders verbunden ist oder wird, Befestigen des Endverbinders im Bereich der Durchführung der Weglängensensoraufnahme.

17. Verfahren nach Ansprüche 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Endverbinder die Durchführung verschließend an der Weglängensensoraufnahme befestigt wird.

18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche13 bis 15 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Verschließen der Durchführung mit dem Endverbinder oder dem Kontaktträgergehäuse mindestens die Schutzklasse IP 67, insbesondere IP 69 K erfüllt wird.

19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbinder im Kontaktträgergehäuse oder der Endverbinder mittels einer Führung rotationspositionsgenau im Bereich der Durchführung der Weglängensensoraufnahme befestigt und/oder rotationspositionsgenau mit dem Kontaktträgergehäuse verbunden wird.

20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein magnetostriktiver Weglängensensor eingebaut wird.

21. Hydraulikzylinder mit einem Weglängensensor, der gemäß einem der Ansprüche 12 bis 20 eingebaut ist.

22. Hydraulikzylinder mit einem Weglängensensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11.