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DE4241189A1 - Pressure operated drive cylinder position determination appts. - has position measurement devices on exterior of cylinder with activating transducer on longitudinally-guided carriage - Google Patents

Pressure operated drive cylinder position determination appts. - has position measurement devices on exterior of cylinder with activating transducer on longitudinally-guided carriage

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DE4241189A1
DE4241189A1 DE19924241189 DE4241189A DE4241189A1 DE 4241189 A1 DE4241189 A1 DE 4241189A1 DE 19924241189 DE19924241189 DE 19924241189 DE 4241189 A DE4241189 A DE 4241189A DE 4241189 A1 DE4241189 A1 DE 4241189A1
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cylinder
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carriage
operated
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Hans F Dipl Ing Meyer
Helmut Dipl Ing Goettling
Horst Dipl Ing Janetzko
Norbert Dipl Ing Fortmann
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Abstract

The position determination arrangement has at least one position measurement device mounted on the outside of the working cylinder (1). The position measurement device is activated by at least one position transducer. For a working cylinder with no piston rod, a carriage (2) is guided on the exterior of the cylinder. The carriage has a longitudinal guide part (3) on a narrow side in the direction of motion. The position transducer(s) (4) is/are mounted on the guide part on which it/they can be moved and fixed in position. USE/ADVANTAGE - For measuring position of press. operated drive cylinder. Simple to install and detection and transducer elements can be directly and finely adjusted.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Positionsermittlung bei einem druckmittelbetriebenen Arbeitszylinder, wobei am Außenumfang des Zylinderrohres mindestens ein Positionsermittlungselement angeordnet ist, welches von mindestens einem Positionsgeberelement betätigbar ist.The invention relates to a device for determining position a pressure medium operated cylinder, the outer circumference of the Cylinder tube arranged at least one position determining element is which can be actuated by at least one position transmitter element.

Eine Einrichtung dieser Art ist aus der DE-OS 32 46 970 bekannt. Bei diesem bekannten Arbeitszylinder sind am Außenumfang ein oder mehrere Positionsermittlungselemente in Form von Reed-Schaltern angeordnet. In dem innerhalb des Arbeitszylinders bewegbaren Kolben sind mehrere scheibenartige Magnetelemente angeordnet, die bei Annäherung im Bereich der Reed-Schalter dieselben betätigen. Zur Betätigung solcher Reed-Schalter bedarf es einer genügend hohen magnetischen Feldstärke. Um diese zu gewährleisten, sind zum einen die Magnetelemente des Kolbens aus einem hochremanenten magnetischen Werkstoff und zum anderen ist die Zylinderwandung im Bereich der Reed-Schalter so dünn gewählt, daß die Magnetelemente des Kolbens möglichst nahe an den Reed-Schalter herankommen. A device of this type is known from DE-OS 32 46 970. At this known cylinder are one or more on the outer circumference Position detection elements arranged in the form of reed switches. In there are several pistons that can be moved within the working cylinder disc-like magnetic elements arranged when approaching in the area the reed switches operate the same. To operate such Reed switches require a sufficiently high magnetic field strength. To ensure this, the magnetic elements of the Pistons made of a highly retentive magnetic material and secondly the cylinder wall in the area of the reed switch is so thin that the magnetic elements of the piston as close as possible to the reed switch come up.  

Diese Bedingung gilt für Arbeitszylinder mit Kolbenstange sowie für sogenannte kolbenstangenlose Arbeitszylinder gleichermaßen. Bei dieser bekannten Einrichtung zur Positionsermittlung ist es nur schwer möglich, Arbeitszylinder mit derselben nachzurüsten. Hierzu müßte der Arbeitszylinder zerlegt und der Kolben entweder bearbeitet oder durch einen entsprechenden Kolben mit Magnetelementen ausgetauscht werden. Dieses wäre nur dann möglich, wenn die Zylinderrohrwanddicke eine zuverlässige Positionsermittlung, sprich Reed-Schalter-Betätigung zuließe.This condition applies to working cylinders with piston rods as well as for so-called rodless cylinders equally. At this known device for position determination is difficult possible to retrofit working cylinders with the same. To do this, the Working cylinder disassembled and the piston either processed or through a corresponding piston with magnetic elements can be replaced. This would only be possible if the cylinder tube wall thickness is one reliable position determination, i.e. reed switch actuation allow.

In der Regel ist es jedoch nicht die Kolbenposition, sondern die Position des kraftabgebenden Elementes des Arbeitszylinders, die gefragt ist. Das kraftabgebende Element kann dann entweder die Kolbenstange oder bei kolbenstangenlosen Arbeitszylindern der Schlitten sein. Die Position der Kolbenstange bzw. des Schlittens ergibt sich somit nur indirekt aus der Position des Arbeitskolbens. Die entsprechende Justierung der Sensorelemente bzw. der Reed-Schalter ist daher für den Anwender sehr aufwendig.However, it is usually not the piston position, but the one Position of the force-transmitting element of the working cylinder that asked is. The power-emitting element can then either the piston rod or the slide in the case of rodless working cylinders. The The position of the piston rod or the slide thus only results indirectly from the position of the working piston. The corresponding Adjustment of the sensor elements or the reed switch is therefore for the User very complex.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Positionsermittlung bei einem druckmittelbetriebenen Arbeitszylinder derart zu gestalten, daß dieselbe einfach nachrüstbar und die Ermittlungs- und Geberelemente direkt und feinfühlig einstellbar sind.The invention is therefore based on the object of a device for Determining the position of a pressure-operated working cylinder to be designed in such a way that it can be easily retrofitted and the Detection and donor elements can be set directly and sensitively.

Bei einer Einrichtung zur Positionsermittlung bei druckmittelbetriebenen Arbeitszylindern der gattungsgemäßen Art wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei Verwendung eines kolbenstangenlosen Arbeitszylinders mit einem am Zylinderaußenumfang geführten Schlitten, der Schlitten an einer der in Verschieberichtung verlaufenden Schmalseiten ein Längsführungsteil aufweist, an dem das Positionsgeberelement bzw. die Positionsgeberelemente verschieb- und fixierbar angeordnet ist bzw. sind. Weitere Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Gegenüber dem Stand der Technik ergibt sich, daß nunmehr alle Einzelelemente, d. h. Positionsgeber und Sensor außen am Arbeitszylinder angeordnet sind. Ferner ergibt sich, daß die Position des Schlittens direkt und nicht indirekt über die Kolbenposition ermittelt wird. Wesentlich ist hierbei, daß am Schlitten, nämlich an einer der in Verschieberichtung verlaufenden Schmalseiten ein Längsführungsteil angeordnet ist. Auf diesem ist der Positionsgeber verschiebbar. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist auch das Positionsermittlungselement bzw. der Sensor am Zylinderrohraußenumfang ebenfalls parallel der Verschieberichtung des Schlittens verschiebbar. Die Tatsache, daß nunmehr sowohl der Geber als auch der Sensor jeweils für sich verschiebbar ist, ergibt eine sehr feinfühlige Abstimmung von Geber und Sensor zueinander. Daß alle Einzelelemente am Außenumfang angeordnet sind, dient nicht nur der leichteren Montage und der leichten Nachrüstbarkeit, sondern auch der einfacheren und vielseitigeren Einstellung der Schaltpunkte. Zudem ist die Möglichkeit gegeben, mehrere Geber hintereinander am Schlitten anzuordnen. Da der Schlitten im eingebauten Zustand des Arbeitszylinders ein Bauteil einer Anlage bewegt, ist somit auch die Einstellung der Position des Bauteiles entsprechend genauer möglich. Bei dieser Positionsermittlungseinrichtung entfällt im übrigen die Berücksichtigung bzw. die Abstimmung der magnetischen Remanenz des Geberelementes zur Zylinderwandstärke im Bereich der Sensorelemente. Es entfällt also die konstruktive Berücksichtigung der Zylinderrohrgestalt bezüglich des zur Positionsermittlung erforderlichen Magnetfeldes. Bei der vorliegenden erfindungsgemäßen Einrichtung sind Geber und Sensor nur noch durch einen Luftspalt voneinander beabstandet. In weiterer Ausgestaltung kann statt eines Magnetfeldsensors auch ein Wegsensor, beispielsweise in Form eines Verschiebepotentiometers vorgesehen werden, wobei die Betätigung des Verschiebepotentiometers dann über ein mechanisches Koppelelement erfolgt, welches am Schlitten angeordnet ist. Dieses Koppelelement ist natürlich wie der Sensor auf einem Längsführungsteil geführt und somit verschieb- und fixierbar. Auch hierbei ergibt sich der Vorteil, daß durch die Verschiebbarkeit des Koppelgliedes auch der "Eingreifpunkt" auf den Wegsensor einstellbar ist. Der Wegsensor kann dabei auch über einen gewissen Bereich am Zylinderrohr verschiebbar sein. Durch die Verschiebbarkeit des Koppelgliedes und des Verschiebepotentiometers ergibt sich auch hierbei eine genaue Abstimmung zwischen der im Einsatzfall des Arbeitszylinders gegebenen Arbeitsweges zum Betätigungsweg auf dem Verschiebepotentiometer. Auch diese Ausgestaltungsvariante ist ausschließlich extern angeordnet und damit leicht nachrüstbar.In a device for determining the position of pressure medium operated Working cylinders of the generic type is the task solved according to the invention in that when using a rodless working cylinder with an outer cylinder circumference guided carriage, the carriage on one of the in the direction of displacement extending narrow sides has a longitudinal guide part on which the Position element and the position elements shift and  is or are fixable. Further configurations are in the Subclaims specified. Compared to the prior art, that now all individual elements, d. H. Position transmitter and sensor outside are arranged on the working cylinder. It also follows that the position of the slide directly and not indirectly via the piston position is determined. It is essential here that on the carriage, namely on one of the narrow sides running in the direction of displacement Longitudinal guide part is arranged. On this is the position encoder slidable. In a further embodiment of the invention that is also Position determination element or the sensor on the outer circumference of the cylinder barrel can also be moved parallel to the direction of movement of the slide. The fact that now both the transmitter and the sensor each is movable by itself, results in a very sensitive coordination of Encoder and sensor to each other. That all individual elements on the outer circumference are arranged, not only serves for easier assembly and easy retrofitting, but also the simpler and more versatile adjustment of the switching points. There is also the possibility given to arrange several sensors one after the other on the slide. Since the Carriage a component of a when the working cylinder is installed System moves, is also the adjustment of the position of the component accordingly more precisely possible. With this position determination device Incidentally, the consideration or coordination of the magnetic remanence of the encoder element to the cylinder wall thickness in Area of the sensor elements. So there is no constructive Consideration of the shape of the cylinder barrel with respect to Determination of the required magnetic field. In the present The device according to the invention are only a sensor and sensor Air gap spaced apart. In a further embodiment, instead a magnetic field sensor also a displacement sensor, for example in the form of a Shift potentiometers are provided, the actuation of the Shift potentiometers then via a mechanical coupling element  takes place, which is arranged on the carriage. This coupling element is of course like the sensor on a longitudinal guide part and thus movable and fixable. Here, too, there is the advantage that due to the displaceability of the coupling element also the "engagement point" is adjustable on the displacement sensor. The displacement sensor can also be used be able to move a certain area on the cylinder barrel. Through the Movability of the coupling link and the displacement potentiometer this also results in a precise coordination between the im Use of the working cylinder given the way to work Actuation path on the slide potentiometer. This too Design variant is only arranged externally and thus easy to retrofit.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im nachfolgenden näher erläutert.The invention is shown in the drawing and in the following explained in more detail.

Es zeigtIt shows

Fig. 1 Gesamtdarstellung eines kolbenstangenlosen Arbeitszylinders mit Schlitten Fig. 1 overall view of a rodless cylinder with slide

Fig. 2 Positionsgeberelement im Querschnitt Fig. 2 position sensor element in cross section

Fig. 3 Seitenansicht eines kolbenstangenlosen Arbeitszylinders mit Wegsensor Fig. 3 side view of a rodless cylinder with displacement sensor

Fig. 4 Vorderansicht auf den Arbeitszylinder mit Wegsensor Fig. 4 front view of the cylinder with displacement sensor

Fig. 1 zeigt eine Ansicht eines sogenannten kolbenstangenlosen Arbeitszylinders 1, bei dem am Außenumfang ein Schlitten 2 geführt wird. An einer der Schmalseiten des Schlittens 2 ist ein Längsführungsteil 3 angeordnet, welches hier als Nut mit Hinterschneidung dargestellt ist. In dieser Nut ist ein Positionsgeberelement angeordnet, welches mit einer schwalbenschwanzförmigen Anformung 7 (siehe Fig. 2) in diese Nut hineingreift. Das Positionsgeberelement 4 ist dabei, wie dies aus Fig. 2 ersichtlich ist, mit einer Schraube 10 versehen, wobei beim Eindrehen der Schraube die Schwalbenschwanzanformung 7 derartig gespreizt wird, daß das Positionsgeberelement 4 in dem Längsführungsteil 3, welches als Nut ausgebildet ist, fixiert wird. Nach Lösen der Schraube ist dagegen eine Verschiebbarkeit des Positionsgeberelementes entlang des Längsführungsteiles 3 des Schlittens 2 gegeben. Der Arbeitszylinder 1 weist am Außenumfang außerdem eine weitere Nut 5 auf, in die ein Positionsermittlungselement 6 eingreift und entlang der Nut verschiebbar und fixierbar ist. Es ergibt sich nun, daß durch gleichzeitige Einstellbarkeit in Verschieberichtung Positionsgeberelement 4 und Positionsermittlungselement 6 positionsmäßig besser aufeinander abgestimmt eingestellt werden können. Fig. 1 shows a view of a so-called rodless working cylinder 1 , in which a carriage 2 is guided on the outer circumference. A longitudinal guide part 3 is arranged on one of the narrow sides of the slide 2 , which is shown here as a groove with an undercut. A position transmitter element is arranged in this groove, which engages into this groove with a dovetail-shaped projection 7 (see FIG. 2). The position sensor element 4 is, as can be seen from Fig. 2, provided with a screw 10 , the dovetail 7 being spread such that the position sensor element 4 is fixed in the longitudinal guide part 3 , which is designed as a groove, when the screw is screwed in . After loosening the screw, on the other hand, the position transmitter element can be moved along the longitudinal guide part 3 of the slide 2 . The working cylinder 1 also has a further groove 5 on the outer circumference, into which a position-determining element 6 engages and can be displaced and fixed along the groove. It now emerges that position adjuster element 4 and position-determining element 6 can be adjusted in a better coordinated manner to one another by simultaneous adjustability in the direction of displacement.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch das Positionsgeberelement 4, wobei hier die Schwalbenschwanzanformung 7 und die Schraube 10 zu erkennen sind. Ferner weist dieses einstückige Positionsgeberelement 4 eine Öffnung 8 auf, in der ein Permanentmagnet 9 untergebracht ist. Hierbei kann der Permanentmagnet 9 entweder gleich bei der Herstellung des aus Kunststoff bestehenden Positionsgeberelementes 4 mit eingespritzt werden, oder es kann vorgesehen werden, den Permanentmagneten 9 auswechselbar lediglich in die Öffnung 8 einschiebbar zu belassen. Fig. 2 shows a cross section through the position sensor element 4 , wherein the dovetail 7 and the screw 10 can be seen. Furthermore, this one-piece position transmitter element 4 has an opening 8 in which a permanent magnet 9 is accommodated. In this case, the permanent magnet 9 can either be injected at the same time as the position sensor element 4, which is made of plastic, or it can be provided that the permanent magnet 9 can be exchangeably inserted only into the opening 8 .

Fig. 3 zeigt in Seitenansicht ebenfalls einen kolbenstangenlosen Arbeitszylinder 1, bei dem am Außenumfang ein Schlitten 2 geführt wird. Der Schlitten 2 weist ebenfalls ein Längsführungsteil 3 auf, welches auch hierbei als Nut ausgebildet ist. In das Längsführungsteil 3 greift jedoch hierbei kein magnetischer Positionsgeber ein, sondern ein Geberelement, welches als Koppelglied wirkt. Dieses mechanische Koppelglied ist als Kugelgelenk 11 ausgebildet, welches mit einem am Außenumfang angebrachten Wegsensor 12 gekoppelt ist. Fig. 3 shows a side view of a rodless cylinder 1 , in which a carriage 2 is guided on the outer circumference. The carriage 2 also has a longitudinal guide part 3 , which is also designed as a groove. However, no magnetic position sensor engages in the longitudinal guide part 3 , but rather a sensor element which acts as a coupling element. This mechanical coupling member is designed as a ball joint 11 , which is coupled to a displacement sensor 12 attached to the outer circumference.

Fig. 4 zeigt die Anordnung aus Fig. 3 in der Frontansicht, wobei das als Koppelglied ausgebildete Kugelgelenk 11 zu erkennen ist. Über dieses Kugelgelenk 11 wird vermieden, daß es zwischen Schlitten 2 und Wegsensor 12 während der Verschiebebewegung des Schlittens 2 zu einer Verklemmung kommt. Das Kugelgelenk 11 kompensiert somit kleine Fehlanpassungen bzw. Unparallelitäten. Auch hierbei ist wesentlich, daß das Geberelement, welches hier als Koppelglied mit Kugelgelenk 11 ausgebildet ist entlang der Nut bzw. des Längsführungsteiles 3 am Schlitten 2 verschiebbar und fixierbar ist. Dadurch ist eine sehr genaue Anpassung der oft individuell angelegten Verschiebestrecke des Schlittens 2 an den außen angebrachten Wegsensor möglich. FIG. 4 shows the arrangement from FIG. 3 in a front view, wherein the ball joint 11 designed as a coupling member can be seen. This ball joint 11 prevents jamming between the carriage 2 and the displacement sensor 12 during the sliding movement of the carriage 2 . The ball joint 11 thus compensates for small mismatches or non-parallelism. It is also essential here that the transmitter element, which is designed here as a coupling member with a ball joint 11 , can be displaced and fixed along the groove or the longitudinal guide part 3 on the slide 2 . This enables a very precise adaptation of the often individually created displacement distance of the carriage 2 to the displacement sensor attached to the outside.

Claims (10)

1. Einrichtung zur Positionsermittlung bei einem druckmittelbetriebenen Arbeitszylinder, wobei am Außenumfang des Zylinderrohres mindestens ein Positionsermittlungselement angeordnet ist, welches von mindestens einem Positionsgeberelement betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem kolbenstangenlosen Arbeitszylinders (1) mit einem am Zylinderaußenumfang geführten Schlitten (2), der Schlitten (2) an einer der in Verschieberichtung verlaufenden Schmalseiten ein Längsführungsteil (3) aufweist, an dem das Positionsgeberelement (4) bzw. die Positionsgeberelemente verschieb- und fixierbar angeordnet ist bzw. sind.1.Device for determining the position of a pressure medium-operated working cylinder, at least one position determining element being arranged on the outer circumference of the cylinder tube and being operable by at least one position transmitter element, characterized in that in the case of a rodless working cylinder ( 1 ) with a slide ( 2 ) guided on the outer circumference of the cylinder, the carriage ( 2 ) has a longitudinal guide part ( 3 ) on one of the narrow sides running in the direction of displacement, on which the position transmitter element ( 4 ) or the position transmitter elements is or are arranged such that they can be moved and fixed. 2. Einrichtung zur Positionsermittlung bei einem druckmittelbetriebenen Arbeitszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Längsführungsteil (3) als Nut mit Hinterschneidung ausgebildet und einstückig am Schlitten (2) angeformt ist.2. Device for determining the position of a pressure-operated working cylinder according to claim 1, characterized in that the longitudinal guide part ( 3 ) is formed as a groove with an undercut and is integrally formed on the carriage ( 2 ). 3. Einrichtung zur Positionsermittlung bei einem druckmittelbetriebenen Arbeitszylinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Positionsgeberelement (4) einen Permanentmagneten enthält und aus einem Kunststoffspritzteil besteht, welches mit einer einstückig angeformten, in die Nut eingreifenden Haltekontur (7) versehen ist. 3. Device for determining the position of a pressure medium operated cylinder according to claim 2, characterized in that the position transmitter element ( 4 ) contains a permanent magnet and consists of a plastic injection molded part which is provided with an integrally formed, engaging in the groove holding contour ( 7 ). 4. Einrichtung zur Positionsermittlung bei einem druckmittelbetriebenen Arbeitszylinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltekontur (7) des Positionsgeberelementes (4) nach dem Einklipsen in die Nut (3) durch eine Schraube (10) zur Fixierung in der Nut (3) spreizbar ist.4. Device for determining the position of a pressure medium operated cylinder according to claim 3, characterized in that the holding contour ( 7 ) of the position sensor element ( 4 ) after clipping into the groove ( 3 ) by a screw ( 10 ) for fixing in the groove ( 3 ) is spreadable. 5. Einrichtung zur Positionsermittlung bei einem druckmittelbetriebenen Arbeitszylinder nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet in das Positionsgeberelement (4) eingespritzt bzw. eingegossen ist.5. Device for determining the position of a pressure-operated working cylinder according to one or more of the preceding claims, characterized in that the permanent magnet is injected or cast into the position transmitter element ( 4 ). 6. Einrichtung zur Positionsermittlung bei einem druckmittelbetriebenen Arbeitszylinder nach den Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das Positionsermittlungselement (6) ein Magnetfeldsensor ist, welcher bezüglich der Schlittenverschieberichtung parallel verschiebbar ist.6. Device for determining the position of a pressure-operated working cylinder according to claims 1-5, characterized in that the position-determining element ( 6 ) is a magnetic field sensor which can be displaced in parallel with respect to the carriage displacement direction. 7. Einrichtung zur Positionsermittlung bei einem druckmittelbetriebenen Arbeitszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Positionsermittlungselement ein Wegsensor (12) ist und daß das Positionsgeberelement (4) als mechanisches Koppelglied ausgebildet ist, welches mit dem Wegsensor (12) zur Positionsermittlung koppelbar ist. 7. Device for determining the position of a pressure medium operated cylinder according to claim 1, characterized in that the position determining element is a displacement sensor ( 12 ) and that the position transmitter element ( 4 ) is designed as a mechanical coupling member which can be coupled with the displacement sensor ( 12 ) for determining the position. 8. Einrichtung zur Positionsermittlung bei einem druckmittelbetriebenen Arbeitszylinder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wegsensor (12) zumindest über einen Teil seiner Länge am Außenumfang des Arbeitszylinders (1) verschiebbar ist.8. Device for determining the position of a pressure-operated cylinder according to claim 7, characterized in that the displacement sensor ( 12 ) is displaceable at least over part of its length on the outer circumference of the cylinder ( 1 ). 9. Einrichtung zur Positionsermittlung bei einem druckmittelbetriebenen Arbeitszylinder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelglied mit einem Kugelgelenk (11) zur Vermeidung von Klemmung zwischen Schlitten (2) und Wegsensor (12) während des Verfahrweges versehen ist.9. Device for determining the position of a pressure medium operated cylinder according to claim 7, characterized in that the coupling member is provided with a ball joint ( 11 ) to avoid jamming between the carriage ( 2 ) and displacement sensor ( 12 ) during the travel. 10. Einrichtung zur Positionsermittlung bei einem druckmittelbetriebenen Arbeitszylinder nach den Ansprüchen 7-9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wegsensor (12) als Verschiebepotentiometer ausgebildet ist.10. Device for determining the position of a pressure-operated working cylinder according to claims 7-9, characterized in that the displacement sensor ( 12 ) is designed as a displacement potentiometer.
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