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Die
Erfindung betrifft einen fluidischen Zylinder mit einer Mikrowellen-Messanordnung
zur Erfassung wenigstens eines Parameters, die eine Mikrowellen-Koppelsonde
in oder an einem Zylinderdeckel des Zylinders aufweist zur Einkopplung
einer Hohlleiterwelle in den angrenzenden Zylinderraum und zur Auskopplung
und Erfassung der von einem Kolben im Zylinder reflektierten Hohlleiterwelle,
und mit einer Endlagendämpfungsanordnung
für den
Kolben, der hierzu ein rohrförmiges
Dämpfungsglied
besitzt, das in der Endlage in einen entsprechenden am oder im Zylinderdeckel
angeordneten, als Dämpfungshohlraum
ausgebildeten ersten Ringkanal eingreift, welcher die Koppelsonde
umgibt.
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Bei
einem derartigen, aus der
US
4 588 953 bekannten Zylinder verbindet eine kombinierte
Ein- und Ausströmleitung
den Zylinderraum mit einem die Koppelsonde umgebenden, als Dämpfungshohlraum ausgebildeten
Ringkanal, der wiederum mit der Außenseite des Zylinderdeckels
verbunden ist. Die unsymmet risch im Zylinderinnenraum mündende Leitung
stört die
Rotationssymmetrie und regt den unerwünschten H
11-Grundmode
der Mikrowellen an. Weiterhin muss bei ausfahrendem Kolben das einströmende Fluid
so lange durch die enge Verbindungsleitung strömen, bis das Dämpfungsglied
am Kolben den als Dämpfungshohlraum
dienende Ringkanal verlassen hat. Dies führt zu Verzögerungen bei der Bewegung des
Kolbens weg vom Zylinderdeckel. Würde man bei der bekannten Anordnung
den Querschnitt der Verbindungsleitung vergrößern, so würde zum einen die Dämpfungswirkung
vermindert und die dann größere Mündung im
Zylinderinnenraum würde zu
größerer Unsymmetrie
der Hochfrequenz-Ströme führen, was
sich ungünstig
auf das Messergebnis auswirkt.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein fluidischen
Zylinder der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei dem trotz
großem
Querschnitt der Einströmleitung
bei symmetrischer Anordnung die Hochfrequenz-Ströme ungehindert fließen können.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen
fluidischen Zylinder mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Der
den Dämpfungshohlraum
konzentrisch umgreifende zweite Ringkanal ist in vorteilhafter Weise
sowohl mit der Drossel ausströmleitung,
wie auch mit der Einströmleitung
verbunden und kann bei dieser Anordnung mit großem Luftquerschnitt ausgebildet
werden, was eine schnelle Belüftung
des Zylinderinnenraums gewährleistet.
Andererseits stellt er in vorteilhafter Weise eine symmetrische
konzentrische Anordnung dar, die von der elektrisch leitenden Ringscheibe
mündungsseitig überdeckt
ist. Hierdurch können
die Hochfrequenz-Ströme
nahezu ungehindert radial nach außen fließen bei gleichzeitig großem Volumenstrom
des Fluids. Durch die symmetrische Anordnung besteht keine Gefahr,
dass der unerwünschte
H11-Grundmode der Mikrowellen gebildet wird.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch
1 angegebenen Zylinders möglich.
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Ein
erster am Zylinderinnenraum mündender Bereich
des ersten Ringkanals ist radial außen durch ein insbesondere
als Kolbenanschlagglied dienendes Kunststoffteil und radial innen
durch eine Kunststoffeinbettung der Koppelsonde begrenzt, um bei hoher
Festigkeit der Konstruktion eine gute Mikrowellenabstrahlung zu
gewährleisten.
Hierzu ist auch das insbesondere als Kolbenanschlagglied dienende Kunststoffteil
in einer topfartigen Ausnehmung des metallischen Bereichs des Zylinderdeckels
angeordnet, so dass aus diesem metallischen Be reich die Koppelsonde
frei und ohne metallische Umgebung hervorsteht. Hierbei ist bevorzugt
die zum Zylinderinnenraum hingewandte, insbesondere als Kolbenanschlagfläche ausgebildete
Stirnfläche
dieses Kunststoffteils im Wesentlichen in der Ebene der ersten Ringscheibe
positioniert.
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Das
Kunststoffteil trägt
auch eine Ringdichtung, die beim Eintauchen des Dämpfungsglieds
in den ersten Ringkanal an diesem dichtend anliegt. Diese Ringdichtung
kann in vorteilhafter Weise feststehend ausgebildet sein, da sie
für die
Einströmung von
Fluid nicht benötigt
wird.
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Ein
konstruktiver Aufbau der in der zylindrischen Kunststoffeinbettung
angeordneten Koppelsonde mit einem rohrförmigen Bereich, in der eine HF-Zuleitung
konzentrisch eingreift, hat sich als besonders günstig für einen exakten und störungsfreien Messvorgang
erwiesen.
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Ein
zweiter Bereich des ersten Ringkanals reicht in den metallischen
Bereich des Zylinderdeckels hinein. Dieser zweite Bereich des ersten
Ringkanals ist entsprechend dem zweiten Ringkanal durch eine eine
Vielzahl von Durchbrüchen
aufweisende elektrisch leitende Ringscheibe überbrückt, um den ungestörten Fluss
der Hochfrequenz-Ströme nicht
zu behindern, die von Ringkanälen
herrührende breite
Spalte im Allgemeinen nicht ohne weiteres überwinden können und somit über solche
hinweggeleitet werden müssen.
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Der
zweite Bereich des ersten Ringkanals ist zweckmäßigerweise über einen Verbindungskanal mit
der Außenseite
des Zylinderdeckels verbunden, wobei die Drosselausströmleitung
insbesondere an diesem Verbindungskanal mündet. Auch die Einströmleitung
mündet
am zweiten Bereich des ersten Ringkanals, wobei alle diese Leitungen
im metallischen Bereich des Zylinderdeckels angeordnet sind und
somit die Mikrowellen bzw. Hohlleiterwellen nicht beeinflussen können. Dies
trifft auch für
ein in der Drosselausströmleitung
angeordnetes einstellbares Drosselglied und für ein in der Einströmleitung
angeordnetes Rückschlagventil
zu, die ebenfalls dadurch im metallischen Bereich des Zylinderdeckels
angeordnet sind. Durch das in der Einströmleitung angeordnete Rückschlagventil
kann eine feststehende Ringdichtung zur Abdichtung des Dämpfungsglieds am
Kolben bei dessen Eindringen in den Dämpfungshohlraum verwendet werden
im Gegensatz zu bekannten Anordnungen, die hierzu eine bewegliche Dichtung
mit undefinierter Dichtungsposition verwenden. Die feststehende
Ringdichtung verhindert im Gegensatz zu einer beweglichen Ringdichtung
eine Beeinflussung der Hohlleiterwellen.
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Ein
HF-Generator und/oder eine elektronische Auswerteschaltung sind
zweckmäßigerweise im
metallischen Bereich des Zylinderdeckels oder an dessen Außenseite
angeordnet. Prinzipiell möglich bei
allerdings dann größeren Zuleitungsproblemen wäre auch
eine räumlich
entfernte Anordnung.
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Die
elektrisch leitenden Ringscheiben weisen in vorteilhafter Weise
eine Vielzahl von radialen Streben oder Durchgangslöchern auf,
die vorzugsweise einen Abstand untereinander von maximal 1/20 Freiraum-Wellenlänge der
erzeugten Mikrowellen beträgt.
Hierdurch wird der Fluss der Hochfrequenz-Ströme und das Messergebnis so
gut wie nicht behindert oder beeinflusst.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
Längsschnittdarstellung
eines endseitigen Bereichs eines fluidischen Zylinders mit einer
Mikrowellen-Messanordnung,
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2 eine
Draufsicht auf die Stirnseite des Zylinderdeckels im Inneren des
Zylinders, wobei eine im Durchmesser größere, Durchbrüche aufweisende Ringscheibe
zur Überbrückung des
zweiten Ringkanals und eine im Durchmesser kleinere, Durchbrüche aufwei sende
Ringscheibe zur Überbrückung des
ersten Ringkanals zu erkennen sind,
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3 eine
alternative Ausführung
der Ringscheibe mit größerem Durchmesser,
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4 eine
Einzeldarstellung der in 2 dargestellten Ringscheibe
mit kleinerem Durchmesser und
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5 eine
alternative Ausführung
der Ringscheibe mit kleinerem Durchmesser.
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Bei
dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist in einem
fluidischen Zylinder 10 ein mit einer Kolbenstange 11 versehener
Kolben 12 verschiebbar geführt. Der Kolben 12 teilt
den Innenraum des Zylinders 10 in zwei Zylinderkammern 13, 14 auf, wobei
der von der Kolbenstange 11 abgewandte Endbereich des Zylinders 10 durch
einen Zylinderdeckel 15 abgeschlossen ist. Auf Seiten der
Kolbenstange 11 kann der Zylinder 10 ebenfalls
durch einen nicht näher
dargestellten Zylinderdeckel abgeschlossen sein, durch den die Kolbenstange 11 hindurchgeführt ist.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf mit Kolbenstangen versehene Kolben
beschränkt,
sondern umfasst auch bekannte kolbenstangenlose Kolben.
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In 1 ist
zur Vereinfachung der Zylinderdeckel 15 einstückig mit
dem Zylinderrohr 16 des Zylinders 10 dargestellt,
während
der Zylinderdeckel 15 bei realen Ausführungsformen üblicherweise
angeflanscht bzw. angeschraubt ist.
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Der
Zylinderdeckel 15 weist einen metallischen Außenbereich 17 auf,
der zum Zylinderinnern hin eine topfartige Ausnehmung 18 aufweist,
in die ein Einsatz 19 aus einem dielektrischen Material,
beispielsweise Kunststoff, eingesetzt ist. Dieser konzentrisch ausgebildete
und angeordnete Einsatz 19 dient als Kolbenanschlagglied
für den
Kolben 12. In eine Durchgangsbohrung 6 des Einsatzes 19 ragt
ein zylindrischer Körper 7 aus
einem dielektrischen Material, beispielsweise Kunststoff, in dem
ebenfalls konzentrisch eine als Sende- und Empfangsantenne dienende
Mikrowellen-Koppelsonde 20 eingebettet ist. Dieser zylindrische
Körper 7 ist
an einem entsprechend geformten zylindrischen Bereich 8 des
metallischen Außenbereichs 17 des
Zylinderdeckels 15 verankert, wobei zwischen dem die Mikrowellen-Koppelsonde 20 enthaltenden
zylindrischen Körper 7 und dem
Einsatz 19 ein Ringkanal 21 gebildet wird, der sich
bis in den metallischen Außenbereich 17 des
Zylinderdeckels 15 hinein fortsetzt.
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Am
Kolben 12 ist auf seiten der sich zum Zylinderdeckel 15 hin
erstrecken Zylinderkammer 13 ein rohrförmiger Pufferkol ben 22 als
Dämpfungsglied angebracht,
der so dimensioniert ist, dass er bei Annäherung des Kolbens 12 an
die entsprechende Endstellung in den Ringkanal 21 eintauchen
kann. Dieser Ringkanal 21 ist im metallischen Außenbereich 17 des
Zylinderdeckels 15 mit einem radialen Verbindungskanal 23 verbunden,
der zur Außenseite
des Zylinderdeckels 15 geführt, also mit dem den Zylinder 10 umgebendem
Medium verbunden ist. Hierdurch kann das in der Zylinderkammer 13 enthaltene
Fluid bei einer Bewegung des Kolbens 12 gegen den Zylinderdeckel 15 so
lange durch den Ringkanal 21 und den Verbindungskanal 23 nach
außen
strömen,
bis der Pufferkolben 22 in den Ringkanal eindringt, wobei sich
eine im Einsatz 19 eingelassene feststehende Ringdichtung 24 dichtend
an dem Pufferkolben 22 anlegt und somit eine weitere Fluidströmung durch den
Ringkanal 21 verhindert.
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In
dem den Einsatz 19 radial umgreifenden metallischen Außenbereich 17 des
Zylinderdeckels 15 ist konzentrisch ein zweiter Ringkanal 25 angeordnet,
der in der Zylinderkammer 13 mündet. Von diesem zweiten Ringkanal 25 aus
erstreckt sich eine Drosselausströmleitung 26 durch
den metallischen Außenbereich 17 bis
zum radialen Verbindungskanal 23. In dieser Drosselausströmleitung 26 ist
ein einstellbares Drosselglied 27 angeordnet, das beispielsweise
von außen
eingestellt werden kann. Im einfachsten Falle kann es sich auch
um ein nicht einstellbares Drosselglied handeln, das durch eine
Leitungsverengung oder durch einen kleinen Querschnitt der Drosselausströmleitung 26 gebildet
wird. Wenn der Pufferkolben 22 des sich dem Zylinderdeckel 15 annähernden
Kolbens 12 die Ringdichtung 24 erreicht und dadurch
das Ausströmen
von Fluid durch den ersten Ringkanal 21 sperrt, kann das
Fluid nur noch gedrosselt durch die Drosselausströmleitung 26 ausströmen, wodurch
eine Endlagendämpfung
für den
Kolben 12 erreicht wird.
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Wenn
der Kolben 12 wieder aus seiner Endstellung ausfährt, kann
Fluid über
eine Einströmleitung 28 und
den zweiten Ringkanal 25 in die Zylinderkammer 13 einströmen, wobei
diese Einströmleitung 28 im
metallischen Außenbereich 17 des
Zylinderdeckels 15 verläuft
und den mit dem Verbindungskanal 23 verbundenen ersten
Ringkanal 21 über
ein Rückschlagventil 29 mit
dem zweiten Ringkanal 25 verbindet. Dieses Rückschlagventil 29 verhindert
eine zum Verbindungskanal 23 und damit nach außen gerichtete
Fluidströmung.
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Bei
der Abstrahlung von Mikrowellen bzw. Hohlleiterwellen durch die
Mikrowellen-Koppelsonde 20 werden Hochfrequenz-Ströme in dem
als Gegenpol wirkenden metallischen Außenbereich 17 des
Zylinderdeckels 15 gebildet. Diese Hochfrequenz-Ströme können große Löcher und
Ringkanäle
nicht direkt über winden,
was sich bei der Bildung von Hohlleiterwellen ungünstig auswirkt.
Aus diesem Grunde ist die Mündung
des zweiten Ringkanals 25 zur Zylinderkammer 13 hin
durch eine elektrisch leitende Ringscheibe 30 überbrückt, die
eine Vielzahl von radialen metallischen Streben 31 besitzt, über die
die Hochfrequenz-Ströme
ungehindert radial nach außen
fließen
können.
Die Zwischenräume
zwischen den metallischen Streben 31 bilden insgesamt einen
für hohe
Volumenströme
des Fluids geeigneten Durchlass, was sich insbesondere bei der Einströmung von Fluid über das
Rückschlagventil 29 günstig auswirkt. Der
Abstand der Streben 31 sollte maximal 1/20 der Freiraum-Wellenlänge der
Mikrowellen betragen.
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Entsprechend
ist der erste Ringkanal 21 im metallischen Außenbereich 17 des
Zylinderdeckels 15 durch eine entsprechend kleinere elektrisch
leitende Ringscheibe 32 überbrückt, die ebenfalls radiale
metallische Streben 33 besitzt, deren Abstände ebenfalls
einen hohen Volumenstrom des Fluids zulassen. Bezüglich der
Hochfrequenz-Ströme
dienen diese metallischen Streben 33 demselben Zweck. Diese
Ringscheibe 32 ist in 4 nochmals
separat dargestellt.
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Im
metallischen Außenbereich
17 des
Zylinderdeckels
15 ist in einem entsprechenden Hohlraum
34 ein
HF-Generator
35 zur Speisung der Mikrowellen-Koppelsonde
20 angeordnet,
mit der er über
eine HF-Leitung
36 verbunden ist. Die Mikrowellen-Koppelsonde
20 ist
rohrförmig
ausgebildet und umgreift den Endbereich der HF-Leitung
36 konzentrisch.
Andere bekannte Geometrien von Mikrowellen-Koppelsonden können hier
ebenfalls eingesetzt werden, sofern sie im zylindrischen Körper
7 Platz
finden. Die Mikrowellen-Koppelsonde
20 erzeugt Hohlleiterwellen
im Zylinderinneren, die vom Kolben
12 reflektiert und wieder
zur Koppelsonde
20 zurückgelangen. Dies
dient beispielsweise zur Erfassung der Position des Kolbens
12 oder
dessen Geschwindigkeit oder Beschleunigung. Die Auswertung erfolgt
in an sich bekannter und üblicher
Weise beispielsweise durch Phasenvergleich der abgestrahlten und
zurückreflektierten
Hohlleiterwelle. Die Auswertung erfolgt in einer Auswerteeinrichtung,
die beispielsweise innerhalb des Zylinderdeckels
15 am
oder integriert im HF-Generator
35 angeordnet ist. Anordnungen
außerhalb
des Zylinders
10, beispielsweise am Zylinderdeckel
15,
sind ebenfalls möglich.
Eine solche Auswerteeinrichtung ist beispielsweise in der
DE 102 05 904 A1 oder
im eingangs angegebenen Stand der Technik beschrieben.
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Anstelle
der elektrisch leitenden Ringscheibe 30 mit metallischen
Streben 31 kann auch die in 3 dargestellte
Ringscheibe 37 treten, die eine Vielzahl von Bohrungen 38 als Fluiddurchtrittsöffnungen
besitzt, zwischen denen elektrisch leitende Stege 39 für die Hochfrequenz-Ströme vorliegen.
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Entsprechend
kann die in den 2 und 4 dargestellte
kleinere Ringscheibe 32 durch die in 5 dargestellte
Ringscheibe 40 ersetzt werden, die ebenso wie die Ringscheibe 37 Bohrungen 41 und
Stege 42 besitzt.