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Anwendungsgebiet
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Die Erfindung betrifft eine Sensor-Einheit zum Bestimmen der Position eines Gegenstandes, der sich in einer Umgebung mit problematischen Umgebungsverhältnissen wie etwa hohem Druck und / oder aggressiven Medien befindet.
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Ein typischer Anwendungsfall ist die Detektion der Position eines Kolbens oder einer Kolbenstange in dem Zylinder einer Arbeitszylinder-Einheit.
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II. Technischer Hintergrund
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Das Problem besteht darin, den Sensor möglichst nicht in den Raum mit den schwierigen Bedingungen - im Folgenden generell Überdruck-Raum genannt, ohne die schwierigen Bedingungen auf die physikalische Größe des Druckes zu begrenzen - unterzubringen und die Beschädigung des Sensors zu vermeiden.
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Auf der anderen Seite sollen möglichst wenig oder keine zusätzlichen Ausstattungsmerkmale an der Arbeitszylinder-Einheit notwendig sein für die Unterbringung der Sensor-Einheit, um die Kosten der Arbeitszylinder-Einheit nicht zu erhöhen.
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Andererseits ist die Anordnung von Teilen der Sensor-Einheit auf der Außenseite des Zylinders der Arbeitszylinder-Einheit nachteilig, da diese leicht beschädigt werden können in der oft rauhen Umgebung, in der solche Arbeitszylinder-Einheiten eingesetzt werden, beispielsweise von außen zugänglich an Baumaschinen.
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Bisher sind folgende Lösungen üblich:
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Infrarot-Ultraschallsensoren:
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Berührungslose Abtastung und Detektion der Entfernung einer Stirnfläche des Kolbens von einem im Inneren des Zylinders am Ende angeordneten Infrarot-Ultraschallsensor.
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Derartige Sensoren sind relativ empfindlich und dennoch teuer, und die Messgenauigkeit ist begrenzt.
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Zugelement-Sensoren:
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Dabei ist im Überdruckraum im Inneren des Zylinders ein üblicher Messseil-Sensor oder Messband-Sensor angeordnet, bei dem das auf einer Wickeltrommel aufgewickelte und in die Aufwickelrichtung mittels einer Flachspiralfeder vorgespannte Seil oder Band mit dem freien Ende an dem Kolben befestigt ist.
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Die Anzahl der Umdrehungen und die Winkellage der Seiltrommel werden detektiert und daraus die Abzugslänge des Seiles und somit die Position des Kolbens im Zylinder ermittelt.
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Das die Umdrehungen und Winkelstellung der Seiltrommel detektierende Sensorelement kann sich ebenfalls im Überdruckraum befinden wie bei der den nächstreichenden Stand der Technik bildenden
DE 102009042506 B3 , in der das detektierende Sensorelement in eine Durchgangsbohrung des Zylinderbodens eingeschraubt ist, was jedoch leicht zur Beschädigung des Sensorelementes führt.
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Die Drehung und Drehlage der Wickeltrommel kann jedoch auch mittels eines darauf befestigten Magneten kontaktlos durch einen entsprechend ausgebildeten Bereich in der Zylinderwandung an den auf dessen Außenseite angeordneten, magnetfeld-empfindlichen Sensor übertragen werden wie z.B. in der
WO 2007/088053 A2 vorgeschlagen.
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Hierfür muss jedoch der in der Regel aus einem dicken Stahlmaterial bestehende Zylinder mit einem Fenster - sei es lediglich mit geringerer Materialstärke, sei es aus einem anderen, z.B. Magnetfeld-durchlässigen, Material - ausgestattet werden, was die Herstellkosten des Zylinder so stark erhöht und auch dessen Druckfestigkeit massiv reduzieren kann.
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Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Wickeltrommel sowie das Sensorelement außerhalb des Zylinders anzuordnen und das freie Ende des Meßseiles oder Meßbandes durch einen Durchlass im Boden oder der Wand des Zylinders in diesen einzuführen, um es an dem Kolben zu befestigen, wie z.B. in der
DE 19726084 A1 vorgeschlagen. Einen Durchlass für ein hindurchlaufendes Meßseil oder Meßband auf Dauer abgedichtet zu halten ist jedoch schwierig, je größer der Druckunterschied zwischen den beiden Seiten des Durchlasses ist.
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Stab-Sensor-Einheiten der magnetostriktiven Bauart:
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Die aus einem Kopf und einem davon axial abragenden Sensorstab bestehende Sensor-Einheit wird an einem axialen Ende im Zylinder eingebaut und am Außenumfang gegenüber dem Innenumfang des Zylinders abgedichtet, sodass der Sensorstab in Richtung des anderen Endes des Zylinders abragt, meist im Zentrum des Zylinders.
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Die Kolbenstange ist hohlgebohrt, sodass der Sensorstab in diese Längsbohrung in der Kolbenstange eintauchen kann.
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An dem dem Sensorkopf zugewandten Ende trägt die Kolbenstange einen meist ringförmigen Gebermagneten, der durch seine momentane Axialposition entlang des Sensorstabes ein in dem Wellenleiter im Inneren des Sensorstabes laufendes elektrisches Signal mit seinem Magnetfeld beeinflusst und die zum Sensorkopf zurückfließende Dichte-Welle im Wellenleiter beeinflusst. Dadurch kann mittels des im Sensorkopf angeordneten Sensorelementes und meist einer nachgeschalteten Auswerte-Einheit die Axialposition des Gebermagneten und damit der Kolbenstange relativ zum Sensorstab und damit dem Zylinder detektiert werden kann.
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Dabei liegt der Sensor-Kopf meist an einer Schulter nahe des Zylinderbodens an. Die in der Regel mittels Kabel durchgeführte Datenweitergabe vom Sensorkopf erfolgt über einen Kabelausgang aus dem Sensorkopf auf der vom Kolben abgewandten Normaldruck-Seite und eine dortige Durchgangsöffnung im Zylinder, meist im Boden des Zylinders.
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Der Nachteil ist das aufwändige Hohlbohren der Kolbenstange.
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III. Darstellung der Erfindung
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Technische Aufgabe
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Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, eine Lösung zu bieten, bei der die Gefahr der Beschädigung der Sensor-Einheit, insbesondere des Sensors, gering ist und insbesondere für der Vorbereitungsaufwand an der Arbeitszylinder-Einheit für den Einbau der Sensor-Einheit verringert wird.
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Lösung der Aufgabe
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 14 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Eine Sensor-Einheit gemäß der Erfindung umfasst zunächst einmal einen bekannten Zugelement-Wegsensor, bei dem auf dem Umfang einer Wickeltrommel, die mittels einer Feder, etwa einer Flachspiral-Feder, in die Aufwickelrichtung vorgespannt ist, das Ende eines Zugelementes - meist eines Seiles oder eines Bandes, etwa eines Metallbandes - befestigt ist und auf diesem im Ausgangszustand im Wesentlichen aufgewickelt ist, wobei das freie Ende des Zugelementes an dem Gegenstand befestigt ist, dessen Position relativ zur Sensoreinheit detektiert werden soll.
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Mittels eines geeigneten Sensors werden beginnend mit der Ausgangslage, also beispielsweise einer der Endlagen des zu überwachenden Gegenstandes, die vollständigen und teilweisen Umdrehungen der Wickeltrommel gemessen und daraus eine Abzugslänge des Zugelementes von einer Auswerteeinheit umgerechnet.
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Erfindungsgemäß ist der Sensor vorzugsweise nicht mechanisch mit der Wickeltrommel, insbesondere deren Achse, gekoppelt, sondern berührungslos, indem insbesondere ein Gebermagnet mit der Wickeltrommel wirkverbunden ist, sodass er deren Drehung wiedergibt, und im einfachsten Fall auf der Stirnfläche von deren Achse befestigt ist.
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Diesem Gebermagneten berührungslos gegenüberliegend, und zwar von einer zumindest hinsichtlich der problematischen Umgebungsverhältnisse, in der sich der Zugelement-Wegsensor befindet, dichten, vorzugsweise druckdichten, besser auch druckfesten, Wand getrennt, befindet sich ein Magnetfeld-sensitiver Sensor im magnetischen Wirkbereich des Gebermagneten, wobei die druckdichte Wand so beschaffen ist, dass das Magnetfeld des Gebermagneten und insbesondere dessen Veränderung von dem Magnetfeld-sensitiven Sensor erfasst und gemessen werden kann.
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Es versteht sich von selbst, dass diese insbesondere druckdichte Wand nicht die vollständige Wand, zum Beispiel eines Gehäuses, sein muss, sondern auch nur ein einstündiger Abschnitt einer solchen Wand sein kann oder auch eine separate Platte, die eine Durchgangsöffnung in der einer solchen Wand dicht abdeckt.
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Vorzugsweise besteht die Wand aus einem nicht magnetisierbaren Material, beispielsweise Kunststoff oder Aluminium, oder aus einem zwar magnetisierbaren Material, welches aber durch das Magnetfeld des Gebermagneten magnetisch gesättigt werden kann und dadurch sozusagen Magnetfeld-durch lässig wird, indem es dann vorzugsweise dessen Magnetfeld-Änderungen mit vollzieht, sodass es quasi selbst als sekundärer Gebermagnet wirkt.
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Somit sind bei der erfindungsgemäßen Sensoreinheit der Sensor und ggf. die elektronische Auswerteeinheit für die Signale des Sensors auf der einen Seite der insbesondere druckdichten Wand angeordnet, die Wickeltrommel, die Flachspiralfeder und das auf der Wickeltrommel aufgewickelte Zugelement dagegen auf der anderen Seite der Wand.
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An dieser Stelle sei klargestellt, dass „druckdicht“ bedeuten soll, dass die Wand in der Lage ist, eine Angleichung der auf den beiden Seiten der Wand unterschiedlichen Drücke zu verhindern.
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Unter „druckfest“ soll verstanden werden, dass die Wand darüber hinaus bei unterschiedlichen Drücken auf den beiden Seiten durch die Druckdifferenz auch nicht verformt wird, wie etwa eine Membran, sondern eine im Wesentlichen unveränderte Form beibehält.
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Die Sensoreinheit umfasst nun auf wenigstens einer Seite der druckdichten Wand ein Gehäuse, also ein Sensorgehäuse für Sensor und ggf. Auswerteschaltung und/oder ein Mechanik-Gehäuse zur Unterbringung von Wickeltrommel, aufgewickeltem Zugelement und die die Wickeltrommel vorspannende Feder, insbesondere eine Flachspiralfeder, die vorzugsweise im Inneren der Wickeltrommel untergebracht ist, sowie den Gebermagneten.
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Die Wand ist dann Bestandteil der Wandung entweder des Sensorgehäuses oder des Mechanikgehäuses und vorzugsweise ist die Wand einstückiger Bestandteil eines der beiden Gehäuse, nur selten ein separates Bauteil..
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Weder das Sensorgehäuse noch das Mechanikgehäuse müssen vollständig geschlossen sein, sondern werden in aller Regel mindestens eine offene Seite aufweisen, über welche die genannten Bauteile in das Innere des jeweiligen Gehäuses eingebracht werden können. Gerade das Sensorgehäuse kann auch lediglich aus einer Platte bestehen, in der sich beispielsweise auch die insbesondere druckdichten Wand befinden kann, wobei der Sensor an oder nahe an der Platte, insbesondere der druckdichten Wand, befestigt sein kann.
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Wesentlich ist bei einer solchen Sensoreinheit die Abdichtung der Sensoreinheit gegenüber einem umgebenden Bauteil, insbesondere dem Zylinder einer Arbeitszylinder-Einheit, auf eine solche Art und Weise, dass sich der Sensorraum und damit der darin befindliche Sensor nicht vom Arbeitsdruck des Zylinder beaufschlagt ist, also der Sensorraum vorzugsweise nur unter Normaldruck oder einem so geringen Druck steht, dass er keine Beschädigungen am Sensor und den anderen im Sensor-Raum befindlichen Komponenten auslösen kann.
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Vorzugsweise ist hierzu auf der Außenseite, insbesondere der Außenumfangsfläche, des Sensoreinheit-Gehäuses eine umlaufende, druckdichte erste Dichtung vorhanden.
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Wenn es nur das Sensorgehäuse gibt, befindet sich diese Dichtung am Sensorgehäuse, wenn es nur das Mechanikgehäuse gibt, befindet sich diese erste Dichtung am Mechanikgehäuse.
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Wenn beide Gehäuse vorhanden sind, an einem von beiden.
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Oder die beiden Gehäuse bilden zusammen - indem sie beispielsweise gegeneinander befestigt und gemeinsam gehandhabt werden können - ein Gesamtgehäuse, das sogenannte Einheiten-Gehäuse, und dann kann sich diese erste Dichtung auf der Außenseite, insbesondere der Außenumfangsfläche, des Gesamtgehäuses befinden und dabei auch über die Berührungsebene zwischen den beiden Gehäusen, insbesondere die Ebene der dichten, insbesondere druckdichten Wand, hinweg verlaufen.
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Dann muss jedoch auch die Fuge zwischen Mechanikgehäuse und Sensorgehäuse zusätzlich abgedichtet werden.
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Da eine solche Sensoreinheit vorzugsweise zum Einsatz in einer Arbeitszylinder-Einheit vorgesehen ist, besitzt ein solches Gesamtgehäuse vorzugsweise eine kreisförmige Querschnittskontur und insbesondere eine zylindrische Form.
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Wird eine solche Sensoreinheit im Inneren des Zylinders einer Arbeitszylinder-Einheit eingesetzt und positioniert, so liegt diese erste Dichtung dicht am Innenumfang des Zylinders an und teilt den Innenraum des Zylinders in zwei Druckräume, wobei der Raum, in dem der Sensor und ggf. die zugehörige Auswerteeinheit angeordnet sind, insbesondere das Innere des Sensorgehäuses, mit dem einen Druckraum in Verbindung steht, der vorzugsweise vom Umgebungsdruck beaufschlagt wird, dem sogenannten Niederdruck-Raum.
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Dagegen sind die mechanischen Komponenten des Sensors, also Wickeltrommel, das aufgewickelte Band oder Seil, der Gebermagnet und die Feder, insbesondere Flachspiralfeder, vom Druck des anderen Druckraumes beaufschlagt, und falls es ein Mechanikgehäuse gibt, steht das Mechanikgehäuse mit diesem anderen Druckraum in Verbindung, der innerhalb der Arbeitszylinder-Einheit in aller Regel mit dem Arbeitsdruck der Arbeitszylinder-Einheit beaufschlagt ist.
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Die Dichtungsebene, die durch die umlaufende erste Dichtung verläuft, kann relativ zur Wandebene der insbesondere druckdichten Wand unterschiedlich liegen:
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Sie kann parallel zu dieser liegen, wobei dann - sofern beide vorhanden sind
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Sie kann auch im Winkel, beispielsweise im rechten Winkel, zur Wandebene liegen, wobei dann in axialer Richtung betrachtet Sensorgehäuse und Mechanikgehäuse nebeneinander angeordnet sind.
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Dabei ist auch zu berücksichtigen, dass in aller Regel die Rotationsachse der Wickeltrommel quer zur axialen Richtung, die die Bewegungsrichtung des Kolbens im Zylinder und/oder die auf der meist kreisförmigen Umfangskontur der Sensoreinheit lotrecht stehende Richtung ist, verläuft, bei paralleler Lage dieser beiden Richtungen jedoch eine zusätzliche Umlenkung des Zugelementes, hier des Bandes, von der Abzugsrichtung von der Wickeltrommel in die axiale Richtung notwendig ist.
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Dabei soll auch klargestellt werden, dass in diesem Fall Sensorgehäuse und/oder Mechanikgehäuse auch bedeuten kann, dass dieses jeweils von einer einfachen - ebenen oder dreidimensional gekrümmten oder gewinkelten - Platte gebildet werden kann, an der auf einer Seite die im Mechanikraum einerseits und im Sensorraum andererseits anzuordnenden Komponenten untergebracht sind.
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Eine solche Platte kann beispielsweise die druckdichte Wand sein oder enthalten, sofern sich diese bis zu der ersten Dichtung fortsetzt und dadurch zusammen mit dieser eine druckdichte Barriere bildet, auf deren einer Seite die genannten mechanischen Komponenten und auf deren anderer Seite der Sensor und ggf. die Auswerteschaltung angeordnet ist.
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Allein aus Gründen des mechanischen Schutzes umfasst jedoch das jeweilige Gehäuse, also Sensorgehäuse und/oder Mechanikgehäuse, nicht nur eine solche Platte als quasi Bodenplatte, sondern darüber hinaus zumindest Seitenwände, und ggf. auch eine weitgehend geschlossene Rückwand.
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Um die vom Sensor ermittelten Signale weiterzuleiten, kann dies drahtlos geschehen, indem der Sensor einen Sender für diese Signale umfasst, der insbesondere auch ein umgebendes Bauteil, wie etwa die Wandung des Zylinders der Arbeitszylinder-Einheit, durchdringen kann.
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In der Regel werden vom Sensor jedoch elektrische Leitungen, also Kabel, wegführen, die vorzugsweise durch einen Kabelauslass aus dem Sensorgehäuse herausgeführt werden, welcher sich insbesondere in der Stirnfläche des Sensorgehäuses befindet.
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Die Kabel enden vorzugsweise in einem Steckerteil, welches beispielsweise in einem Durchlass des umgebenden Zylinders befestigt sein kann.
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Hinsichtlich der Arbeitszylinder-Einheit, die einen Zylinder sowie einen darin dicht verschiebbaren Kolben und/oder Kolbenstange aufweist, wird die Aufgabe dadurch gelöst, indem eine wie zuvor beschriebene Sensoreinheit in dem Zylinder, vorzugsweise in einem Endbereich des Zylinders, angeordnet ist, sodass sich die Sensoreinheit damit vollständig - bis auf ein ggf. herausführendes Kabel - innerhalb des Zylinders befindet.
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Da die erste Dichtung dicht an der Innenfläche des Zylinders anliegt, wird der Innenraum des Zylinders dadurch in zwei druckdicht voneinander getrennte Zylinderräume unterteilt, von denen der erste, der Hochdruck-Raum, mit dem Arbeitsdruck der Arbeitszylinder-Einheit beaufschlagt ist, der zweite dagegen ein anderes Druckniveau besitzen kann, und insbesondere mit der Umgebung außerhalb des Zylinders in Verbindung steht, also lediglich unter Umgebungsdruck steht, und Niederdruck-Raum genannt wird.
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Dabei ist der Sensor-Raum der Sensoreinheit Bestandteil dieses Niederdruck-Raumes oder mit diesem verbunden, während die mechanischen Komponenten (Wickeltrommel, Zugelement, Feder, Gebermagnet) in dem Hochdruck-Raum liegen und mit Arbeitsdruck beaufschlagt sind, insbesondere indem sie in dem Mechanikraum eines Mechanikgehäuses untergebracht sind, der mit diesem Hochdruck-Raum in Verbindung steht.
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Dabei besteht in der Praxis das Problem, dass die druckdichte Wand zwischen dem Geberelement, insbesondere dem Geber-Magneten, und dem Sensor sehr hohen Drücken von bis zu 1000 bar standhalten muss, so dass die Fläche dieser Wand möglichst gering gehalten werden muss, um trotz geringer Wandstärke diesen Drücken standhalten zu können.
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Sofern die vom Sensor erzeugten Signale über Kabel nach außen geführt werden, enden diese - am einen Ende mit dem Sensor oder dessen Auswerteeinheit verbundenen - Kabel entweder in einem Steckerteil, welches in einem entsprechenden Durchlass der Zylinderwandung oder des Zylinderbodens angeordnet ist, oder sie durchlaufen einen dort angeordneten Kabeldurchlass.
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Eine solche Ausbildung der Sensoreinheit und/oder der Arbeitszylinder-Einheit hat den großen Vorteil, das bei entsprechender Dimensionierung insbesondere des Durchmessers der Sensoreinheit die Sensoreinheit in jeden Zylinder eingebracht werden kann, der bisher für die Aufnahme des Kopfes einer magnetostriktiven Stab-Sensor-Einheit ausgebildet war, sodass keine anders gestalteten Zylinder benötigt werden.
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Dagegen kann bei der Herstellung der zugehörigen Kolbenstangen auf das Hohlbohren der Kolbenstangen verzichtet werden, was die Herstellkosten der Kolbenstangen deutlich verringert.
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Dennoch befinden sich der Sensor und die Auswerteeinheit weder beschädigungsgefährdet auf der Außenseite des Zylinders noch im Inneren des Zylinders in dem mit Arbeitsdruck beaufschlagten Hochdruck-Raum.
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Figurenliste
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Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind im Folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:
- 1a: eine erste Bauform der Sensor-Einheit eingebaut in einer Arbeitszylinder-Einheit, im Längsschnitt durch die Arbeitszylinder-Einheit,
- 1b, c: Querschnitte durch solche Arbeitszylinder-Einheiten mit darin angeordneter Sensor-Einheit,
- 1d: eine zweite Bauform einer Sensor-Einheit in einer analogen Darstellung wie 1a,
- 1e: eine Abwandlung der ersten Bauform gemäß 1a mit einer praxisnahen Gestaltung des Sensor-Gehäuses,
- 2: eine dritte Bauform einer Sensor-Einheit in einer analogen Darstellung wie 1a,
- 3: eine vierte Bauform einer Sensor-Einheit in einer analogen Darstellung wie 1a,
- 4: eine fünfte Bauform der Sensor-Einheit in einer analogen Darstellung wie 1a,
- 5: eine Darstellung einer Lösung des Standes der Technik, die durch die erfindungsgemäßen Bauformen gemäß der 1a - 4 ersetzt werden kann.
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In allen Darstellungen ist die Sensor-Einheit 1 dargestellt im Inneren einer Arbeitszylinder-Einheit 50, um in axialer Richtung 51' die Position des Kolbens 52a im Zylinder 51 zu detektieren.
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Der Kolben 52a, der dicht entlang der Innenfläche 51a der Wandung des Zylinders 51 axial verschiebbar ist, schließt zusammen mit dem Zylinder 51 und insbesondere dessen Zylinder-Boden 51' einen Zylinderraum 54 ein, der in der Regel mit dem Druckmedium beaufschlagt ist und als Druckraum 54 bezeichnet wird.
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Der andere Zylinderraum 55 auf der anderen Seite des Kolbens 52a - falls ein solcher vorhanden ist, und bei einer nur einseitig beaufschlagbaren Arbeitszylinder-Einheit 50 - mit dem Umgebungsdruck in Verbindung steht und deshalb als Niederdruck-Raum 55 bezeichnet wird.
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Hier dargestellt ist eine Arbeitszylinder-Einheit 50 mit einem Kolben 52a, der sich am freien Ende einer Kolbenstange 52 befindet, die einen geringeren Querschnitt als der Kolben 52a besitzt, und wobei nur der Kolben 52a mit seinen meist vorhandenen umfänglichen Kolbenringen 53 dicht an der Innenfläche 51a des Zylinders 51 anliegt.
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Stattdessen kann die Arbeitszylinder-Einheit jedoch auch nach dem Plunger-Prinzip arbeiten, in der es nur die Kolbenstange 52 und keinen Kolben 52a mit dem gegenüber größeren Durchmesser gibt, und wobei dann diese Kolbenstange 52 an dem dem dargestellten Ende des Zylinders 51 gegenüberliegenden Ende an einer Kolbenstangen-Dichtung in der Innenumfangsfläche des Zylinder-Auslasses dicht entlanggleitet.
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Der Druckraum 54 erstreckt sich dann bis zu dieser Kolbenstangen-Dichtung, wobei eine solche Bauform der Arbeitszylinder-Einheit grundsätzlich nur einseitig mit Druckmedium beaufschlagbar ist.
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Es soll ferner klargestellt werden, dass die in den Zeichnungen im Druckraum 54 positionierte und sich am Zylinder-Boden 51a, nämlich an einer dort vorhandenen Schulter 56, abstützende Sensor-Einheit 1 grundsätzlich auch in dem gegenüberliegenden Niederdruck-Raum 55 angeordnet werden könnte, sofern dort neben der Kolbenstange 52 ausreichend Platz hierfür vorhanden wäre, was jedoch häufig nicht gegeben ist.
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Um klar zu machen, was der wesentliche Vorteil für den Hersteller der Arbeitszylinder-Einheit 50 ist, soll zunächst anhand 5 eine bisher sehr häufig verwendete, da sehr zuverlässige, Lösung des Standes der Technik beschrieben werden:
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Dabei wird eine Stab-Sensor-Einheit 30 verwendet, die von der äußeren Gestaltung her einen, im Querschnitt meist zylindrischen, Sensorkopf 21 aufweist, der in den Zylinder 51 passt und von dessen einer Stirnseite, meist zentral, ein Sensorstab 32 abragt, der sehr viel dünner und in axialer Richtung auch sehr viel länger ist als der Sensorkopf 31, aber meist ebenfalls einen zylindrischen Querschnitt besitzt.
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Von der Funktionsweise her handelt es sich dabei meist um einen magnetostriktiven Wellenleiter-Sensor, bei dem sich im Sensorstab 32, der ebenso wie der Sensorkopf 31 hohl ausgebildet ist, ein nicht dargestellter Wellenleiterdraht erstreckt, in den vom Sensorkopf aus ein elektrischer Impuls eingegeben werden kann, der an der Stelle, an der sich ein außerhalb des Sensorstabes eng benachbarter Gebermagnet befindet, beeinflusst wird und sich an dieser Stelle eine magneto-elastische Dichtewelle entsteht. Diese breitet sich entlang des Wellenleiters aus und läuft damit auch zum Sensor-Kopf 31 zurück und kann dort hinsichtlich ihrer Laufzeit detektiert werden, woraus die Entfernung des auslösenden Gebermagneten 4 - der in axialer Richtung 51' fest mit dem Kolben oder der Kolbenstange verbunden ist - vom Sensorkopf bestimmt werden kann.
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Der Zylinder 51 der Arbeitszylinder-Einheit 50 ist hierfür vom Hersteller einerseits verlängert, um die zusätzliche Länge des Sensorkopfes 31 darin unterzubringen, und ggfs. mit einer entsprechenden Schulter 56 nahe des Zylinder-Bodens 51a als Anschlag für den Zylinderkopf 31 ausgestattet, der eingesetzt in den Zylinder 51 gegenüber dessen Innenfläche 51a mittels einer um die Außenumfangsfläche des Sensorkopfes 31 umlaufende Dichtung 8 abgedichtet ist.
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Dadurch können die auf der vom Sensorstab 32 abgewandten Stirnseite aus dem Sensorkopf 31 herausragenden Kabel durch einen Kabelauslass 17 oder ein Steckerteil 18 durch den Zylinder-Boden 51' herausgeführt werden, da der Bereich zwischen der Dichtung 8 und dem Zylinder-Boden 51' nicht mehr vom Arbeitsdruck des Zylinderraumes 54, des Druckraumes, beaufschlagt ist.
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Bei dieser Lösung ragt der Sensorstab 32 in eine Kolbenbohrung 33 und damit in den Kolben hinein. Die Kolbenbohrung 33 ist von der freien Stirnfläche des Kolbens 52a her eingebracht und setzt sich entsprechend der Länge des Sensorstabes 32 in die Kolbenstange 52 hinein fort, sodass der Kolben 52a in seiner vollständig in Richtung Zylinder-Boden 51a vorgeschobenen Position als auch in seiner vollständig zurückgezogenen Position in axialer Richtung 51' immer noch mit dem Sensorstab 32 in axialer Richtung überlappt. Der Gebermagnet 4 ist - meist ausgebildet als Ringmagnet - meist am vorderen freien Ende des Kolbens 52a um die Kolbenbohrung 33 herum angeordnet.
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Diese Lösung ist weit verbreitet, weil die gesamte Stab-Sensor-Einheit 30 gut geschützt im Inneren des Zylinders 51 angeordnet ist und bei den meist rauen Umgebungsbedingungen - wenn beispielsweise die Arbeitszylinder-Einheit 50 frei zugänglich an einer Baumaschine wie etwa einem Radlader angeordnet ist - nicht beschädigt werden kann.
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Der große Nachteil besteht darin, dass die Kolbenstange 52 in axialer Richtung hohlgebohrt werden muss mit einer sehr langen, vergleichsweise dünnen Bohrung, was aufwändig herzustellen ist und wegen des langen, schlanken Bohrers nicht zuletzt wegen des hohen Werkzeugverschleißes teuer ist.
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Die erfindungsgemäße Lösung zielt darauf ab, diesen Nachteil zu vermeiden, indem die Arbeitszylinder-Einheit 50 mit unverändertem Zylinder 51, hinsichtlich dessen Länge und Gestaltung im bodenseitigen Endbereich, benutzt werden kann, jedoch die dabei verwendete Kolbenstange 52 nicht hohlgebohrt werden muss.
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Dies wird erreicht, indem die Position des Kolbens 52a und/oder der Kolbenstange 52 gemäß der 1a, d, e sowie 2 - 4 im Zylinder 51 nicht berührungslos gemessen wird, wie bei der bekannten Lösung gemäß 5, sondern berührend, indem das freie Ende des Zugelementes 2, hier eines Bandes 2, eines an sich bekannten Zugelement-Sensors an dem Kolben 52a, etwa an der freien Stirnfläche des Kolbens 52a, befestigt wird.
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Dabei wird - wie prinzipiell bekannt - die Drehung hinsichtlich Umdrehungsanzahl und Teil-Umdrehungen der Wickeltrommel 3 mittels eines Sensors 6 detektiert und mittels einer entsprechenden Auswerte-Elektronik, die häufig Bestandteil des Sensors 6 ist, in eine Abzugslänge des Zugelementes 2 umgerechnet.
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Die erfindungsgemäße Besonderheit besteht im vorliegenden Fall darin, dass der Sensor 6 mechanisch von der Wickeltrommel 3 getrennt ist, und lediglich berührungslos mit dieser wirkverbunden ist, sodass es möglich wird, dass zwischen der Wickeltrommel 3 und dem Sensor 6 eine dichte, insbesondere druckdichte, und noch besser auch druckfeste und sich somit durch den Druck nicht verformende, Wand 7 dazwischen anzuordnen.
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Dabei ist der Sensor 6 jedoch ebenfalls im Inneren des Zylinders 51 angeordnet, und diese druckdichte Wand 7 muss nicht Bestandteil der Wandung oder des Bodens des Zylinders 51 sein, sondern ist Bestandteil der Sensor-Einheit 1, sodass der Zylinder 51 diesbezüglich keine besondere Ausstattung benötigt und der Sensor 6 auch nicht beschädigungsgefährdet auf der Außenseite des Zylinders 51 angeordnet werden muss.
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Die berührungslose Wirkverbindung des Sensors 6 zur Wickeltrommel 3 und deren Drehung wird im vorliegenden Fall magnetisch durchgeführt:
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Zu diesem Zweck ist der Sensor 6 ein Magnetfeld-empfindlicher Sensor, beispielsweise ein Hallsensor 6, wobei sich dem Sensor 6 bzgl. der druckdichten Wand 7 gegenüberliegend ein beweglicher, vorzugsweise in einer Ebene parallel zur Hauptebene der druckdichten Wand 7 rotierender, Gebermagnet 4 gegenüberliegt, der mechanisch mit der Wickeltrommel 3 gekoppelt ist, sodass die Drehung des Gebermagneten 4 die Drehung der Wickeltrommel 3 widergibt, wobei der Gebermagnet 4 nicht unbedingt synchron mit der Wickeltrommel 3 mitdrehen muss, wie anhand der 1d erläutert werden wird.
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Die Wickeltrommel 3 ist - wie generell bekannt - in Aufwickelrichtung des Zugelementes 2, hier des Bandes 2, vorgespannt mittels einer hier im Inneren der Wickeltrommel 3 angeordneten Flachspiral-Feder 5. Die Wickeltrommel 3 ist mit ihren stirnseitig jeweils vorstehenden Lagerzapfen in jeweils einem Lagerbock 19a, b gelagert.
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In den 1a sowie 3 bis 4 ist der Gebermagnet 4 direkt auf dem freien Ende eines dieser Lagerzapfen 3a, b eng benachbart zu der druckdichten Wand 7 und gegenüberliegend zum Sensor 6 angeordnet.
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Durch die druckdichte, aber für die vom Sensor 6 benötigten Signale durchlässige, Wand 7 wird eine Trennung in
- - einen Sensorraum 15, in dem sich der Sensor 6 befindet und
- - einen Mechanikraum 14, in dem sich Gebermagnet 4, Wickeltrommel 3, Flachspiralfeder 5 und Zugelement 2 befinden, vorgenommen.
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Die dargestellten Bauformen der Sensor-Einheit 1 unterscheiden sich beispielsweise durch
- - die Gehäuse-Gestaltungen der Sensor-Einheit 1,
- - die Zuordnung der druckdichten Wand 7 zu den einzelnen Gehäuseteilen und
- - den Verlauf der Abzugsrichtung 10 des Zugelementes 2 von der Wickeltrommel 3 in Relation zur axialen Richtung 51', also der Bewegungsrichtung der Kolbenstange 52 und damit des Kolbens 52a im Zylinder 51.
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Bei der ersten Bauform gemäß 1a umfasst das Gehäuse der Sensor-Einheit 1, das sogenannte Einheiten-Gehäuse 9, zumindest ein Sensor-Gehäuse 9.15, in dessen Inneren sich der Sensorraum 15 befindet.
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Die druckdichte Wand 7 ist in diesem Fall Bestandteil, vorzugsweise einstückiger Bestandteil, des Sensor-Gehäuses 9.15, und bildet beispielsweise gegenüber dem Rest des Sensor-Gehäuses 9.15 einen Abschnitt mit geringerer Wandstärke. Es könnte sich jedoch auch um ein separates Bauteil handeln, welches in eine Öffnung des Sensor-Gehäuses 9.15 druckdicht eingesetzt ist oder eine solche Öffnung druckdicht überdeckt, wie in 2 dargestellt.
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Der Sensor 6 ist vorzugsweise direkt an dieser druckdichten Wand 7 oder an dem umgebenden Bereich des Sensor-Gehäuses 9.15 befestigt.
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Das Sensor-Gehäuse 9.15 ist topf-förmig ausgebildet, indem es gemäß 1a auf einer Seite vollständig offen ist, nämlich auf der zum Zylinder-Boden 51a hin gerichteten Seite.
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Die frei umlaufende, dem Zylinder-Boden 51a zugewandte, Stirnseite 9.15b des Sensor-Gehäuses 9.15 stützt sich auf einer Schulter 56 des KolbenBodens 51` ab, an der sich z.B. beim Einbau einer konventionellen Lösung gemäß 5 der Sensorkopf 31 abstützt, und die deshalb meist im KolbenBoden 51' bereits standardmäßig vorhanden ist.
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In der Seitenansicht der 1a betrachtet besitzt das Sensor-Gehäuse 9.15 einen Basisbereich, dessen Außenumfangsfläche die Form und annähernd den Durchmesser der Innenumfangsfläche 51b der Wandung des Zylinders 51 besitzt, sodass dazwischen lediglich die umlaufende Dichtung 8 Platz findet.
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Von diesem Basisteil des Sensor-Gehäuses 9.15 erstreckt sich über einen Teil des Querschnittes ein Axialfortsatz dieses Sensor-Gehäuses 9.15 in Richtung Kolben 52a, und in diesem Fortsatz ist der Sensor 6 angeordnet und auch die Wand 7 ist in bzw. an einem in axialer Richtung 51' verlaufenden Abschnitt der Wandung dieses Gehäuse-Fortsatzes angeordnet, welche nicht die der Wandung des Zylinders 51 benachbarte Wandung des Sensor-Gehäuses 9.15 ist.
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Der mechanische Teil der Sensor-Einheit, also insbesondere Wickeltrommel 3, Flachspiralfeder 5, Gebermagnet 4, Lagerböcke 19 und das Zugelement, insbesondere Band 2, sind diesem axialen Gehäuse-Fortsatz des Sensor-Gehäuses 9.15 in Querrichtung zur axialen Richtung 51' benachbart in dem Teil des Querschnittes des Innenraumes des Zylinders 51 angeordnet, der nicht von dem axialen Gehäuse-Fortsatz ausgefüllt wird.
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Die genannten Bauteile können direkt an der Außenseite des Sensor-Gehäuses 9.15 montiert sein, etwa auf dem quer zur axialen Richtung 51' verlaufenden Gehäuse-Abschnitt abseits des axialen Gehäuse-Fortsatzes.
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Diese mechanischen Bauteile können jedoch auch in einem separatem Mechanik-Gehäuse 9.14 angeordnet und montiert sein, welches vorzugsweise am Sensor-Gehäuse 9.15 befestigt ist und dann natürlich eine in Richtung Kolben 52a gerichtete Auslass-Öffnung zum Hindurchführen des abgezogenen Teiles des Zugelementes, insbesondere des Bandes 2 besitzen muss, dessen freies Ende über z.B. eine Befestigungsöse 2a an dem Kolben 52a befestigt ist.
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Unabhängig davon - da diese Auslass-Öffnung für das Band 2 nicht druckdicht ausgeführt ist - liegen die genannten mechanischen Teile 2, 3, 4, 5 somit allesamt im Druckraum 54 der Arbeitszylinder-Einheit 50, der ein Hochdruck-Raum ist. Ein zusätzliches Mechanik-Gehäuse 9.14 dient damit primär dem mechanischen Schutz dieser mechanischen Komponenten vor allem bei der Handhabung und dem Einbau in die Arbeitszylinder-Einheit 50 jedoch liegt innerhalb des Mechanik-Gehäuses 9.14 der gleiche Druck wie im Druckraum 54 vor.
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Die 1b zeigt ein Querschnitt durch die Arbeitszylinder-Einheit 50 gemäß 1a, woraus ersichtlich ist, dass der Zylinder 51 innen sowie außen einen kreisförmigen Querschnitt besitzt, und ebenso die in diesem Fall das aus Sensor-Gehäuse 9.15 und Mechanik-Gehäuse 9.14 bestehende Einheiten-Gehäuse 9, und dementsprechend auch die zwischen dem Einheiten-Gehäuse 9 oder auch nur dem Sensor-Gehäuse 9.15 und dessen Bodenbereich und der Wandung des Zylinders 51 angeordnete umlaufende Dichtung 8, beispielsweise eine O-Ring- Dichtung.
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Die 1c zeigt einen Querschnitt durch eine andere - unübliche - nämliche rechteckige, Bauform eines Zylinders 51 mit entsprechender Formgebung des Einheiten-Gehäuses 9 und der Dichtung 8 dazwischen, um zu zeigen, dass die Erfindung nicht auf kreiszylindrische Querschnitte sowohl des Zylinders 51 als auch der Sensor-Einheit 1 und insbesondere dessen Einheiten-Gehäuses 9 beschränkt ist.
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Die zweite Bauform der 1d unterscheidet sich von der ersten der 1a dadurch, dass - in der Querschnitts-Darstellung etwa gemäß 1b betrachtet - der Axial-Fortsatz des Sensor-Gehäuses 9.15 nicht bis zum Außenrand des Einheiten-Gehäuses 9 reicht und bereichsweise dessen Außenumfangswand bildet, sondern in Richtung Längsmitte des Einheiten-Gehäuses 9 versetzt ist, sodass um den Fortsatz herum die Außenwand eines Mechanik-Gehäuses 9.14 angeordnet ist, die dann mit ihrem Außenumfang bis nahe an den Innenumfang die Innenumfangsfläche 51a des Zylinders 51 heranreicht.
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Dann besteht die Wahlmöglichkeit mittels der umlaufenden Dichtung 8 entweder das Sensor-Gehäuse 9.15 oder das Mechanik-Gehäuse 9.14 gegenüber dem Zylinder 51 abzudichten, wobei im letzteren Fall eine zusätzliche Abdichtung des Sensor-Gehäuses 9.15 gegenüber dem Mechanik-Gehäuse 9.14 erforderlich ist, wie nachfolgend anhand der 2 beschrieben.
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1d weist ferner die Besonderheit auf - die auch bei jeder der anderen Bauformen einsetzbar ist - dass der Geber-Magnet 4 nicht direkt drehfest mit der Welle 3a der Wickeltrommel 3, also insbesondere deren Lagerzapfen 3a, b, drehfest verbunden ist, sondern zum einen dazwischen ein Getriebe 13 angeordnet ist :
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In diesem Fall ist das Getriebe 13 so gestaltet, dass es zwei miteinander kämmende Zahnräder 3a, b enthält, von denen das eine drehfest mit einem der Lagerzapfen 3b der Wickeltrommel 3 verbunden ist, und das andere, damit kämmende, Zahnrad 13b zentrisch an einer Stirnfläche, die der druckdichten Wand 7 zugewandt ist, den Geber-Magneten 4 trägt.
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Der Geber-Magneten 4 ist somit drehfest mit dem zweiten Zahnrad 13b verbunden. welches einen anderen wirksamen Durchmesser und/oder eine andere Zähnezahl als das erste Zahnrad 13a aufweist, wodurch insbesondere die Messgenauigkeit, also die Auflösung, der Sensor-Einheit 1 durch die Wahl der Übersetzung des Getriebes 13 festgelegt werden kann.
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Das Getriebe 13 ist so nah an der druckdichten Wand 7 angeordnet, dass der auf deren andere Seite angeordnete Sensor 6 noch im Magnetfeld des Geber-Magneten 4 liegt.
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Die 1d zeigt jedoch weiterhin die Besonderheit, dass auch auf der Stirnseite des ersten Zahnrades 13a ein weiterer Gebermagnet 4 angeordnet ist und diesem gegenüberliegend auf der anderen Seite der Wand 7 ein weiterer Sensor 6 angeordnet und zugeordnet ist.
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Da sich die beiden Zahnräder 13a, b hinsichtlich ihrer wirksamen Durchmesser nur geringfügig unterscheiden und vorzugsweise die ZähneZahlen lediglich um einen Zahn differieren, kann durch Vergleich der Signale der beiden Sensoren 6 zum einen sehr hochauflösend gemessen werden und zum anderen eine quasi unbegrenzte Anzahl von Umdrehungen der Wickeltrommel gemessen werden.
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Die dritte Bauform gemäß 2 unterscheidet sich von der ersten der 1a dadurch, dass ein Mechanik-Gehäuse 9.14 vorhanden ist, selbst wenn es nur im Wesentlichen aus einer quer zur axialen Richtung 51' stehenden Bodenplatte besteht, jedoch an einer Stelle einen Außenumfang besitzt, der der Form der Innenumfangsfläche 51b des Zylinders 51 entspricht und nur geringfügig kleiner ist, sodass durch eine dazwischen angeordnete umlaufende Dichtung 8 in diesem Fall die Außenumfangsfläche des Mechanik-Gehäuses 9.14 gegenüber dem Zylinder 51 abgedichtet ist.
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Darin ist die Mechanik-Einheit untergebracht, die analog zur 1a aufgebaut ist, wiederum mit der Rotationsachse 3' der Wickeltrommel vorzugsweise lotrecht zur axialen Richtung 51', der Bewegungs-Richtung des Kolbens 52.
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Das Mechanik-Gehäuse 9.14 besitzt in diesem Fall einen Durchlass, in den ein topfförmiges Sensor-Gehäuse 9.15 einschiebbar, insbesondere axial einschiebbar, ist, dessen Wandung zumindest bereichsweise als druckdichte Wand 7 ausgebildet ist, die im eingeschobenen Zustand des Sensor-Gehäuses 9.15 dem im Mechanik-Raum 14 angeordneten Gebermagneten 4 gegenüberliegt, und bezüglich der Wand 7 gegenüber auf der Innenseite der Wand 7 der Sensor 6 im Sensor-Raum 15 angeordnet ist.
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Die druckdichte Wand 7 ist hier als ein auf eine Öffnung des Sensor-Gehäuses 15 dicht aufgesetztes, separates Bauteil ausgebildet.
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Damit der Sensor-Raum 15 druckdicht vom Mechanik-Raum 14 und damit dem Druckraum 54 der Arbeitszylinder-Einheit 50 getrennt ist, muss das Sensor-Gehäuse 9.15 gegenüber dem Mechanik-Gehäuse 9.14 abgedichtet sein, was in diesem Fall dadurch erfolgt, dass das topfförmige Sensor-Gehäuse 9.15 an der offenen Seite einen nach außen überstehenden Rand aufweist, der gegenüber der Unterseite der in diesem Fall Bodenplatte des Mechanik-Gehäuses 9.14 mittels einer dazwischen eingelegten, umlaufenden zweiten Dichtung 8` abgedichtet ist.
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3 zeigt eine vierte Bauform, bei der wiederum das Mechanik-Gehäuse 9.14, welches auch nur eine in Querrichtung zur axialen Richtung 51' verlaufende Platte sein kann, mittels der umlaufenden Dichtung 8 gegenüber dem Zylinder 51 abgedichtet ist.
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In der linken Bildhälfte ist dies wiederum eine umlaufende Dichtung 8 zwischen der Außenumfangsfläche des Sensor-Gehäuses 9.15 und der Innenumfangsfläche 51b des Zylinders 51, während in der rechten Bildhälfte die Dichtung 8 die Unterseite dieser Querplatte des Sensor-Gehäuses 9.15 gegenüber dem Zylinderboden 51a abdichtet.
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In der linken Bildhälfte ist ferner dargestellt, dass das Sensor-Gehäuse 9.15 auch ein zweiteiliges, zusammengesetzt einen hohlen Kasten ergebendes, Sensor-Gehäuse 9.15 sein kann, welches dann einen Kabelauslass 17 für die Kabel 16 erfordert, dessen scharfe Kanten wie üblich durch eine Tülle 21 aus Gummi oder ähnlichem Material geschützt sind.
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Der Sensor 6 ist in diesem Fall an der Unterseite der Querplatte des Sensor-Gehäuses 9.15 angeordnet, als mit seiner Hauptebene, der Detektions-Ebene, ebenfalls in Querrichtung, vorzugsweise lotrecht, zur axialen Richtung 51' verlaufend.
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Weil in dem vorzugsweise auf dem Sensor-Gehäuse 9.15 aufsetzenden Mechanik-Gehäuse 9.14 die Mechanik-Einheit bestehend aus Gebermagnet 4, Wickeltrommel 3 usw. so angeordnet ist, dass die Rotationachse 3' der Wickeltrommel 3 parallel zur axialen Richtung 51' angeordnet ist, bewirkt dies vor allem eine sehr geringe Erstreckung der gesamten Sensor-Einheit 1 in axialer Richtung 51'.
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Da die Abzugsrichtung 10 des Bandes 2 von der Wickeltrommel 3 nun ebenfalls quer zur axialen Richtung 51', der Verschieberichtung des Kolbens 52a, liegt, ist im abgezogenen Teil des Bandes 2 eine Umlenkung in die axiale Richtung 51' notwendig, weshalb das Band 2 um eine Umlenkwalze 20 umgelenkt wird, deren Drehachse im 45°-Winkel sowohl zur axialen Richtung 51, der Bewegungsrichtung des Kolbens 52a und auch der Befestigungsöse 2a am freien Ende des Bandes 2, also im 45°-Winkel zur Abzugsrichtung 10 des Bandes 2 von der Wickeltrommel 3 steht.
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Die fünfte Bauform gemäß 4 unterscheidet sich von allen bisherig dargestellten Bauformen dadurch, dass sowohl ein Mechanikgehäuse 9.14 als auch ein Sensorgehäuse 9.15 vorhanden ist, aber diese beiden Gehäuse vollständig nebeneinander angeordnet sind, also an keiner Axialposition eines dieser beiden Gehäuse 9.14, 9.15 sich über den - bis auf die umlaufende Dichtung 8 - gesamten inneren freien Querschnitt des Zylinders 51 erstreckt.
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Somit erstreckt sich die umlaufende Dichtung 8 über einen Teil ihres Umfanges - wie geschnitten entlang Linie Ib - Ib die 1b zeigt - entlang der Außenumfangsfläche des Sensorgehäuses 9.15 und über den größeren Teil entlang der Außenumfangsfläche des Mechanikgehäuses 9.15 in einer etwa lotrecht zu axialen Richtung 51' liegenden Ebene.
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Dies erfordert es, dass zusätzlich die Kontaktfläche zwischen den beiden Gehäusen 9.14 und 9.15 diese gegeneinander abgedichtet sind mittels einer weiteren Dichtung 8', die sich in Querrichtung zur axialen Richtung 51' über die gesamte Breite des Inneren des Zylinder 51 erstrecken muss, vorzugsweise in der Dichtungsebene der umlaufenden Dichtung 8 bis zu dieser Dichtung 8 erstrecken muss.
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Ferner liegen hier eine Wandung des Mechanikgehäuses 9.14 und eine Wandung des Sensorgehäuses 9.15 aneinander an und damit beide gemeinsam zwischen dem Gebermagneten 4 im Mechanikraum 14 und dem Sensor 6 im Sensorraum 15.
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Da dazwischen ein für das Magnetfeld durchlässiges Fenster 7 notwendig ist, sind entweder beide aneinander liegenden Wandungen für das Magnetfeld ausreichend durchlässig - gegebenenfalls einschließlich der dazwischen befindlichen flächigen Dichtung 8' - oder an dieser Stelle besitzt eine der beiden Gehäuse-Wände eine ausreichend große Öffnung, die insbesondere mindestens so groß ist wie der Sensor 6 - hier dargestellt in der Wandung des Mechanik-Gehäuses 9.14 - und in der anderen Wandung ist die Durchlässigkeit gegeben, hier durch Verringern der Wandstärke der Wand des Sensorgehäuses 9.15.
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Abgesehen davon sind auch hier im Mechanikraum 14 die Wickeltrommel 3, die Flachspiralfeder 4, der aufgewickelte Teil des Bandes 2 und die Lagerböcke 19a, b angeordnet, während der Sensor 6 im Sensorraum 15 angeordnet ist und die vom Sensor 6 wegführenden Kabel 16 in einem Steckerteil 18 des Zylinderbodens 51a enden.
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Wie bereits in 1a angedeutet, können die von dem Sensor 6 - der ggfs. bereits eine Auswerte-Einheit enthält - abgegebenen Signale entweder über Kabel 16 zunächst aus dem Sensor-Gehäuse 9.15 und anschließend durch die Wandung oder den Boden 51a des Zylinders 51 mittels Kabeldurchlass oder Steckerteil 18 herausgeführt werden, oder drahtlos, indem der Sensor 6 mit einem Sender 12 verbunden ist, der wie der Sensor 6 im Sensorraum 15, also vorzugsweise im Inneren eines topfförmigen Sensor-Gehäuses 9.15, angeordnet ist.
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1e zeigt eine gegenüber der Prinzipdarstellung der 1a realistischere Darstellung dieser ersten Bauform einer Sensor-Einheit 1 mit demgegenüber mehreren Unterschieden:
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Zum einen ist in diesem Fall wiederum zwischen Gebermagnet 4 und Wickeltrommel 3 ein Getriebe 13 zwischengeordnet, ähnlich wie bei der Bauform der 1d beschrieben, jedoch diesmal drei Zahnräder umfassend:
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Dabei ist das mittlere der drei Zahnräder drehfest mit der Welle 3b der Wickeltrommel 3 verbunden.
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Mit der Außenverzahnung dieses zentralen mittleren Zahnrades kämmen die beiden weiteren Zahnräder 13a, b, die zueinander unterschiedliche, meist nur um einen Zahn differierende, Zähnezahlen besitzen und auf deren Stirnseite jeweils ein Gebermagnet 4 angeordnet ist.
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Wie bei 1d ist auch hier jedem der beiden Geber Magnete 4 jeweils ein Sensor 6 auf der anderen Seite der druckdichten Wand 7 zugeordnet mit den anhand 1d beschriebenen Vorteilen.
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In der Praxis ist zu bedenken, dass die druckdichte Wand 7 - die für das hindurchtreten lassen des Magnetfeldes des wenigstens einen Gebermagneten 4 nur eine sehr geringe Dicke aufweisen darf - sehr hohen Drücken im inneren des Zylinders 51 standhalten muss, weshalb es essentiell ist, die Fläche der dünnen, druckdichten Wand 7 entlang ihrer Hauptebene so gering wie möglich zu halten, und abseits davon die Wandstärke des Sensor-Gehäuses 9.15 so groß wie möglich wählen zu können.
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Deshalb ist bei der Bauform gemäß 1e durch das zentrale Zahnrad des Getriebes 13 ein Abstand zwischen den beiden Gebermagneten 4 und damit Sensoren 6 erzeugt worden, der unter anderem die Möglichkeit eröffnet, dass die druckdichten Wand nur jeweils eine Fläche kaum größer als der Sensor 6 besitzt, und zwischen den beiden dünnen Wänden 7 die Wandstärke des Sensorgehäuses 9.15 so dick und stabil wie nötig gewählt werden kann.
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Insbesondere erstreckt sich ein Steg von derjenigen Seite des Sensorgehäuses 9.15, in der sich die dünne Wand 7 befindet, bis zur gegenüberliegenden Außenseite des Sensorgehäuses 9.15.
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Um die Sensoren 6 an der Innenseite der dünnen Wand 7 montieren zu können, ist das Sensorgehäuse 9.15 zur gegenüberliegenden Außenseite hin jeweils offen, und diese Öffnungen sind durch einen dicht einsetzbaren Verschluss-Stopfen 22 - beispielsweise abgedichtet durch eine umlaufende O-Ringdichtung gegenüber dem umgebenden Sensorgehäuse 9.15 - dicht verschließbar nach Abschluss der Montage der Sensoren 6.
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In dem erwähnten Steg ist eine Durchgangsbohrung vorhanden, um die notwendigen elektrischen Leitungen 17 von einem der Sensoren 6 hin durchführen zu können.
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Somit ist bei dieser Bauform der Sensor-Raum 15 gegenüber der Darstellung der 1a stark verringert und besteht - nach Einsetzen der Verschluss-Stopfen 22 - im Wesentlichen nur noch aus dem für die Unterbringung der Sensoren 6 und die davon wegführenden elektrischen Leitungen 17 benötigten Raum, um die Wandstärke des Sensorgehäuses 9.15 möglichst groß dimensionieren zu können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sensor-Einheit
- 2
- Zugelement, Band
- 2a
- Befestigungsöse
- 3
- Wickeltrommel
- 3`
- Rotationsachse
- 3a, b
- Lagerzapfen, Achse
- 4
- Gebermagnet
- 5
- Feder, Flachspiral-Feder
- 6
- Sensor, Hall-Sensor
- 7
- Wand
- 8
- Dichtung
- 8'
- Dichtung
- 9
- Einheiten-Gehäuse
- 9a
- Außenfläche
- 9a1
- Außenumfangsfläche
- 9b
- frei umlaufende Außenfläche
- 9.14
- Mechanik-Gehäuse
- 9.15
- Sensor-Gehäuse
- 9.15a
- Außenfläche
- 9.15a1
- Außenumfangsfläche
- 9.15b
- Stirnseite
- 10
- Abzugs-Richtung
- 11
- Bewegungsrichtung
- 12
- Sender
- 13
- Getriebe
- 14
- Mechanik-Raum
- 15
- Sensor-Raum
- 16
- Kabel
- 17
- Kabel-Auslass
- 18
- Steckerteil
- 19 a, b
- Lagerbock, Lagerteil
- 20
- Umlenk-Walze
- 21
- Tülle
- 21
-
- 22
-
- 23
-
- 24
-
- 25
-
- 26
-
- 27
-
- 28
-
- 29
-
- 30
- Stab-Sensor-Einheit
- 31
- Sensor-Kopf
- 32
- Sensor-Stab
- 33
- Kolbenbohrung
- 34
-
- 35
-
- 36
-
- 37
-
- 38
-
- 39
-
- 40
-
- 41
-
- 42
-
- 43
-
- 44
-
- 45 46
-
- 47
-
- 48
-
- 49
-
- 50
- Arbeitszylinder-Einheit
- 51
- Zylinder
- 51a
- Zylinder-Boden
- 51b
- Innenumfangsfläche
- 51'
- axiale Richtung
- 52
- Kolbenstange
- 52a
- Kolben
- 53
- Kolbenring
- 54
- Zylinder-Raum,
- 55
- Zylinder-Raum,
- 56
- Schulter
- 57
- Kolben-Bohrung
