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Die
Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Ermittlung einer aktuellen
Position eines Kolbens, wobei der Kolben in einem Zylinder verschiebbar
untergebracht ist, und wobei dem Zylinder ein Sensor zugeordnet
ist, mit dessen Hilfe die aktuelle Position des Kolbens ermittelt
wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine entsprechende Vorrichtung
sowie einen entsprechenden Zylinder.
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Aus
der
DE 42 12 184 A1 ist
eine hydraulische Steuereinrichtung für einen Arbeitszylinder bekannt,
bei der ein Wegaufnehmer einer Kolbenstange des Arbeitszylinders
zugeordnet ist. Mit Hilfe des Wegaufnehmers wird der Hub und damit
die aktuelle Position des Kolbens erfasst. Der Wegaufnehmer ist dabei
immer den momentanen Umwelteinflüssen ausgesetzt,
wie beispielsweise der Temperatur. Weiterhin ist die gesamte Anordnung
einer Alterung unterworfen. Diese Randbedingungen können die
ermittelte Position des Kolbens verfälschen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, bei dem Umwelteinflüsse und
Alterungseffekte zu keinen Verfälschungen
führen.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
von dem Sensor mindestens ein Signal in Richtung zu dem Kolben abgegeben
wird, dass durch den Kolben zwei reflektierte Signale erzeugt werden,
dass die beiden reflektierten Signale von dem Sensor empfangen werden,
dass zwei zu den beiden reflektierten Signalen zugehörige Laufzeiten gemessen
werden, und dass die aktuelle Position des Kolbens in Abhängigkeit
von den beiden gemessenen Laufzeiten ermittelt wird. Bei einer Vorrichtung und
einem Zylinder der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß entsprechend
gelöst.
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Erfindungsgemäß werden
also von dem Kolben zwei reflektierte Signale und damit zwei Laufzeiten
für die
Ermittlung der aktuellen Position des Kolbens hervorgerufen. Mit
Hilfe dieser beiden Laufzeiten ist es möglich, die momentan vorliegenden
Bedingungen, also die aktuellen Umwelteinflüsse und vorhandenen Alterungseffekte,
bei der Berechnung der aktuellen Position des Kolbens zu berücksichtigen.
So ist es insbesondere möglich,
die Einwirkung der aktuellen Temperatur auf die Ermittlung der aktuellen
Position des Kolbens mit Hilfe der beiden gemessenen Laufzeiten
auszugleichen. Die auf der Grundlage der beiden Laufzeiten ermittelte
aktuelle Position des Kolbens ist damit keinen umwelt- oder alterungsbedingten
Verfälschungen
unterworfen, sondern stellt einen unverfälschten Wert dar.
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Die
Art und Weise, wie die beiden reflektierten Signale von dem Kolben
hervorgerufen werden, kann unterschiedlich sein.
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So
ist es beispielhaft bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung vorgesehen, dass der Kolben eine Erhebung aufweist,
die eine Oberfläche
besitzt, dass der Kolben eine Kolbenfläche besitzt, und dass die Oberfläche der
Erhebung und die Kolbenfläche
des Kolbens zur Erzeugung von jeweils einem der beiden reflektierten
Signale vorgesehen sind. Damit ist es bei dieser Ausgestaltung möglich, die
beiden gemessenen Laufzeiten den beiden vorgenannten Flächen zuzuordnen.
Diese beiden Flächen,
insbesondere ihr Abstand zueinander, sind jedoch bekannt und können vorab
vermessen werden. Weiterhin unterliegen diese Flächen bzw. ihr Abstand zueinander
keinen oder nur vernachlässigbar
geringen umwelt- oder
alterungsbedingten Veränderungen.
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In
entsprechender Weise ist es bei anderen Ausgestaltungen möglich, die
beiden gemessenen Laufzeiten entsprechend anderen, vorher vermessenen
und im wesentlichen unveränderlichen
Merkmalen des Kolbens zuzuordnen. Damit ist es – unabhängig von der Art und Weise,
wie die beiden reflektierten Signale von dem Kolben hervorgerufen
werden – möglich, die
aktuelle Position des Kolbens mit Hilfe dieser Merkmale und den
gemessenen Laufzeiten zu ermitteln. Wie bereits erläutert wurde,
können
bei dieser Berechnung umwelt- und
alterungsbedingte Verfälschungen
ausgeglichen werden.
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So
ist es beispielhaft bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung
der Erfindung vorgesehen, dass die Laufzeiten unter bekannten Randbedingungen
und unter aktuellen Bedingungen gemessen werden. Damit können die
unter den bekannten Randbedingungen gemessenen Laufzeiten zusammen
mit den vermessenen Merkmalen des Kolbens als Referenzgrößen verwendet
werden. Die unter den aktuellen Bedingungen gemessenen Laufzeiten können dann
mit Hilfe dieser Referenzgrößen im Hinblick
auf Verfälschungen
korrigiert werden.
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Bei
dieser Weiterbildung ist es vorzugsweise möglich, dass ein Korrekturfaktor
in Abhängigkeit
von den unter den bekannten Randbedingungen und den unter den aktuellen
Bedingungen gemessenen Laufzeiten ermittelt wird. Daraus ergibt
sich die Möglichkeit,
eine unter den aktuellen Bedingungen ermittelte, jedoch nicht-korrigierte
Position des Kolbens in einfacher Weise mit Hilfe des Korrekturfaktors
zu korrigieren.
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Beispielhaft
ist es zweckmäßig, wenn
eine unter den bekannten Randbedingungen ermittelte Signalgeschwindigkeit
in Abhängigkeit
von dem Korrekturfaktor in eine aktuelle Signalgeschwindigkeit umgerechnet
wird. Dabei ist es weiterhin zweckmäßig, wenn die aktuelle Position
des Kolbens in Abhängigkeit
von der aktuellen Signalgeschwindigkeit und zumindest einer der
beiden unter den aktuellen Bedingungen gemessenen Laufzeiten ermittelt
wird. Damit ist es möglich,
mit geringem Rechenaufwand einen genauen Wert für die Position des Kolbens
zu ermitteln, der keinen umwelt- oder alterungsbedingten Verfälschungen
unterworfen ist.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist als
Sensor ein Ultraschallsensor vorgesehen. Ein derartiger Ultraschallsensor
erlaubt einerseits äußerst genaue
Messungen von Laufzeiten und stellt andererseits ein zuverlässiges und
langlebiges Bauteil dar.
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Die
Erfindung kann in besonders vorteilhafter Weise bei einem Lenkzylinder
eines Fahrzeugs eingesetzt werden. Aus der aktuellen Position des Kolbens
kann in diesem Fall der Lenkwinkel des Fahrzeugs abgeleitet werden.
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Es
ist jedoch ebenfalls in vorteilhafter Weise möglich, die Erfindung im Zusammenhang
mit einer Füllstandsmessung
einzusetzen. In diesem Fall entspricht die aktuelle Position des
Kolbens dem Füllstand
einer Flüssigkeit
in einem Behälter.
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Weitere
Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten
und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind.
Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder
in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von
ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung
sowie unabhängig
von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw.
in der Zeichnung.
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1 zeigt einen schematischen
Längsschnitt
durch ein Ausführungsbeispiel
eines Zylinders mit einem darin verfahrbaren Kolben und mit einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Ermittlung der aktuellen Position des Kolbens,
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2 ist eine schematische
Darstellung von Signalen, die von der Vorrichtung der 1 erzeugt werden, und
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3 ist ein schematisches
Zeitdiagramm zu den Signalen der 2.
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In
der 1 ist ein Zylinder 10 dargestellt, der
eine Zylinderwand 11 und eine Zylinderstirnseite 12 aufweist.
In dem Zylinder 10 ist ein Kolben 13 untergebracht,
dessen Außendurchmesser
geringfügig kleiner
ist als der Innendurchmesser der Zylinderwand 11. Etwa
mittig ist der Kolben 13 mit einer Kolbenstange 14 verbunden.
In der Zylinderstirnseite 12 ist etwa mittig eine Öffnung 15 enthalten,
durch die die Kolbenstange 14 hindurchragt. Der Kolben 13 ist damit
zusammen mit der Kolbenstange 14 innerhalb des Zylinders 10 in
dessen Längsrichtung
verschiebbar. Dies ist durch einen Pfeil kenntlich gemacht.
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Die
Zylinderwand 11, die Zylinderstirnseite 12 und
der Kolben 13 begrenzen einen Innenraum 17, der
mit einem flüssigen
Medium gefüllt
ist. In der Nähe
der Zylinderstirnseite 12 ist in der Zylinderwand 11 ein
Zu- und Ablaufkanal 18 vorgesehen, über den das flüssige Medium
insbesondere bei einer Verschiebung des Kolbens 13 zu-
und ablaufen kann.
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Weiterhin
ist der Zylinder 10 mit einer Vorrichtung zur Ermittlung
der aktuellen Position des Kolbens 13 versehen. Diese Vorrichtung
wird noch detailliert erläutert
werden.
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Bei
einer ersten Ausführungsform
ist der Kolben 13 dichtend in dem Zylinder 10 untergebracht.
Es kann somit kein oder nahezu kein flüssiges Medium an dem Kolben 13 vorbei
aus dem Innenraum 17 des Zylinders 10 austreten.
Weiterhin ist die Kolbenstange 14 dichtend in der Öffnung 15 geführt. Es
kann somit auch kein oder nahezu kein flüssiges Medium über die Öffnung 15 aus
dem Innenraum 17 austreten. Damit ist es möglich, den
Kolben 13 durch ein Zuführen
oder ein Wegnehmen von flüssigem
Medium innerhalb des Zylinders 10 zu verschieben.
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Zu
diesem Zweck kann als flüssiges
Medium insbesondere eine Hydraulikflüssigkeit vorgesehen sein, die
mit einem Über-
oder Unterdruck über
den Zu- und Ablaufkanal 18 in den Innenraum 17 des
Zylinders 10 zugeführt
oder abgesaugt wird. Der Zylinder 10 kann in diesem Fall
in jeder beliebigen Lage, also horizontal oder vertikal oder auch
schräg,
beispielsweise in einem Fahrzeug eingesetzt werden. Mit Hilfe der
erwähnten
Vorrichtung zur Ermittlung der aktuellen Position des Kolbens 13 kann
dann der ermittelte Ist-Zustand des Zylinders 10 bzw. insbesondere
des Kolbens 13 weiterverarbeitet werden.
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In
einer Abwandlung der ersten Ausführungsform
kann auf der dem Innenraum 17 abgewandten Seite des Kolbens 13,
die in der 1 nur schematisch
angedeutet ist, eine (nicht-dargestellte) Feder
oder dergleichen vorhanden sein. Die Feder erzeugt eine Kraft auf
den Kolben 13, die den Kolben 13 in Richtung zu
dem Zu- und Ablaufkanal 18 zu verschieben versucht. Damit
kann das Absaugen der Hydraulikflüssigkeit aus dem Innenraum 17 über den Zu-
und Ablaufkanal 18 durch die Feder unterstützt oder
ersetzt werden.
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In
einer weiteren Abwandlung der ersten Ausführungsform kann auf der dem
Innenraum 17 abgewandten Seite des Kolbens 13 ein
weiterer flüssigkeitsdichter
Innenraum 19 vorhanden sein, der mit einem weiteren (nicht-dargestellten)
Zu- und Ablaufkanal versehen ist. Über den weiteren Zu- und Ablaufkanal
kann Hydraulikflüssigkeit
dem weiteren Innenraum 19 zugeführt werden. Durch eine entsprechende
Beaufschlagung der beiden Innenräume 17, 19 mit
einem Überdruck
kann der Kolben 13 in dem Zylinder 10 verschoben
werden.
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Dieser
sogenannte doppelt wirkende Zylinder 10 kann vorzugsweise
als Lenkzylinder in einem Fahrzeug eingesetzt werden. Mit Hilfe
der erwähnten Vorrichtung
zur Ermittlung der aktuellen Position des Kolbens 13 kann
damit letztlich der Lenkwinkel des Fahrzeugs ermittelt und weiterverarbeitet
werden.
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Gegebenenfalls
kann dabei in dem weiteren Innenraum 19 des Zylinders 10 eine
weitere, mit dem Kolben 13 verbundene (nicht-dargestellte)
Kolbenstange vorhanden und aus dem Zylinder 10 herausgeführt sein.
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In
einer zweiten Ausführungsform
wird der Zylinder 10 mit seiner Längsrichtung in eine etwa vertikale
Lage ausgerichtet. Der Kolben 13 muss nicht dichtend innerhalb
des Zylinders 10 geführt
sein. Entsprechend muss auch die Kolbenstange 14 nicht dichtend
in der Öffnung 15 geführt sein.
Der gesamte Zylinder 10 ist innerhalb eines (nicht-dargestellten) Behälters fest angeordnet.
In dem Behälter
ist ein flüssiges
Medium mit veränderlichem
Füllstand
enthalten. Über
den Zu- und Ablaufkanal 18 ist der Innenraum 17 mit
diesem flüssigen
Medium verbunden.
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Der
Kolben 13 ist schwimmend ausgeführt. Damit wird der Kolben 13 bei
einem sich veränderndem
Füllstand
innerhalb des Zylinders 10 in seiner vertikal ausgerichteten
Längsrichtung
verschoben. Mit Hilfe der erwähnten
Vorrichtung zur Ermittlung der aktuellen Position des Kolbens 13 kann
damit letztlich der Füllstand
des Behälters
angegeben werden.
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Die
Vorrichtung zur Ermittlung der aktuellen Position des Kolbens 13 weist
einen Sensor 21 auf, der in der Nähe der Zylinderstirnseite 12 in
der Zylinderwand 11 vorgesehen ist. Vorzugsweise ist der Sensor 21 etwa
diagonal gegenüber
dem Zu- und Ablaufkanal 18 und
damit im Hinblick auf den Zu- und Ablaufkanal 18 etwa im
Schatten der Kolbenstange 14 angeordnet. Bewegungen des
flüssigen
Mediums durch dessen Ein- oder
Ausströmen über den
Zu- und Ablaufkanal 18 haben damit keinen oder zumindest
nur einen geringen Einfluss auf den Sensor 21.
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Der
Sensor 21 ist dazu vorgesehen, Signale in eine Richtung
etwa quer zur Längsrichtung
des Zylinders 10 in den Innenraum 17 desselben
abzugeben. Ebenfalls ist der Sensor 21 dazu vorgesehen, Signale
aus der entsprechenden Richtung zu empfangen. Die genannten Signale
sind in der 1 in schematischer
Weise durch gestrichelte Linien dargestellt.
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Bei
dem Sensor 21 kann es sich vorzugsweise um einen Ultraschallsensor
handeln. Dieser kann einen Piezokristall enthalten, mit dessen Hilfe
Signale elektrisch erzeugt und abgestrahlt werden können.
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Dem
Sensor 21 ist eine Umlenkeinrichtung 22 zugeordnet,
die an der Zylinderstirnseite 12 angebracht ist. Die Umlenkeinrichtung 22 ist
etwa zwischen der Zylinderwand 11 und der Öffnung 15 vorgesehen.
Die Umlenkeinrichtung 22 ist derart angeordnet und ausgebildet,
dass Signale, die von dem Sensor 21 etwa quer zur Längsrichtung
des Zylinders 10 abgestrahlt werden, umgelenkt werden,
und zwar in eine Richtung etwa parallel zur Längsrichtung des Zylinders 10.
In entsprechender Weise werden auch Signale in Richtung zu dem Sensor 21 umgelenkt,
die etwa parallel zur Längsrichtung
des Zylinders 21 auf die Umlenkeinrichtung 22 auftreffen.
Die etwa parallel zur Längsrichtung
des Zylinders 10 ausgerichteten Signale verlaufen dann
zwischen der Zylinderwand 11 und der Kolbenstange 14 in
dem flüssigen Medium.
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Es
versteht sich, dass der Sensor 21 auch an der Zylinderstirnseite 12 vorgesehen
sein kann. Insbesondere kann der Sensor 21 wiederum im
Schatten der Kolbenstange 14 angeordnet sein. In diesen Fällen ist
keine Umlenkeinrichtung erforderlich.
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Der
Kolben 13 ist auf seiner dem Innenraum 17 und
damit dem Sensor 21 zugewandten Seite mit einer Erhebung 23 versehen.
Die Erhebung 23 ist umlaufend am Außenrand des Kolbens 13 angeordnet.
Die Erhebung 23 weist eine etwa quer zur Längsrichtung
des Zylinders 10 ausgerichtete Oberfläche 24 auf.
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In
demjenigen Bereich des Kolbens 13, in dem die Erhebung 23 nicht
vorhanden ist, weist der Kolben 13 eine etwa quer zur Längsrichtung
des Zylinders 10 ausgerichtete Kolbenfläche 25 auf. Die Höhe der Erhebung
in Längsrichtung
des Zylinders 10, also der Abstand der Oberfläche 24 von
der Kolbenfläche 25,
ist in der 2 mit dem
Bezugszeichen h gekennzeichnet.
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Die
Oberfläche 24 und
die Kolbenfläche 25 sind
derart angeordnet und ausgerichtet, dass Signale, die etwa parallel
zur Längsrichtung
des Zylinders 10 verlaufen, auf die Oberfläche 24 der
Erhebung 23 und auf die Kolbenfläche 25 des Kolbens 13 auftreffen
und von dort reflektiert werden, und zwar in eine ebenfalls etwa
parallel zur Längsrichtung
des Zylinders 10 verlaufende Richtung.
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Die
den Verlauf der Signale beeinflussenden Bauteile, also der Kolben 13,
der Sensor 21, die Umlenkeinrichtung 22 und die
Erhebung 23, sind dabei derart zueinander angeordnet und
ausgerichtet, dass Signale, die von dem Sensor 21 abgegeben
werden, in jedem Fall auf der Oberfläche 24 der Erhebung 23 sowie
auch auf der Kolbenfläche 25 des
Kolbens 13 auftreffen. Entsprechend sind die Bauteile derart
angeordnet und ausgerichtet, dass von den beiden vorgenannten Flächen reflektierte
Signale wieder auf den Sensor 21 auftreffen.
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Weiterhin
ist der Sensor 21 mit einem Auswerteeinrichtung 27 verbunden,
die dazu vorgesehen ist, die Abstrahlung von Signalen durch den
Sensor 21 zu veranlassen sowie von dem Sensor 21 empfangene
Signale zu verarbeiten. Von der Auswerteeinrichtung 27 wird
ein die aktuelle Position des Kolbens 13 repräsentierender
Wert erzeugt, der mit dem Bezugszeichen P gekennzeichnet ist.
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In
der 2 sind der Kolben 13,
der Sensor 21, die Umlenkeinrichtung 22 und die
Erhebung 23 sowie die Oberfläche 24 und die Kolbenfläche 25 nochmals
vergrößert dargestellt.
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Weiterhin
ist dort ein Signal 31 dargestellt, das von dem Sensor 21 erzeugt
wird und von dem Sensor 21 zu der Oberfläche 24 verläuft. Ein
Signal 32 wird von der Oberfläche 24 reflektiert
und verläuft zurück zu dem
Sensor 21. Ein Signal 33 wird von dem Sensor 21 erzeugt
und verläuft
zu der Kolbenfläche 25.
Und ein Signal 34 wird von der Kolbenfläche 25 reflektiert
und verläuft
zurück
zu dem Sensor 21.
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In
der 3 sind Signale s,
die von dem Sensor 21 empfangen werden, über der
Zeit t aufgetragen. Dabei wird davon ausgegangen, dass in einem
Zeitpunkt T0 der Sensor 21 beispielsweise mit einem Rechteckimpuls
beaufschlagt wird. Dieser Rechteckimpuls wird von der Auswerteeinrichtung 27 erzeugt.
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Der
im Zeitpunkt T0 erzeugte Rechteckimpuls hat zur Folge, dass das
Signal 31 und das Signal 33 sich in Richtung zu
der Oberfläche 24 und
der Kolbenfläche 25 bewegen.
Das Signal 31 wird an der Oberfläche 24 und das Signal 33 wird
an der Kolbenfläche 25 reflektiert.
Von dort bewegen sich dann das reflektierte Signal 32 und
das reflektierte Signal 34 wieder zurück zu dem Sensor 21.
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Die
Signale 31, 32, 33, 34 haben
eine sinusförmige
Ausbildung. Bei dem Sensor 21 werden daher die beiden reflektierten
Signale 32, 34 als sinusförmig abklingende Signale S1,
S2 empfangen. Beispielsweise jeweils bei deren Maxima wird den Signalen
S1, S2 jeweils ein Zeitpunkt T1, T2 zugeordnet, der den Empfangszeitpunkt
des jeweiligen Signals durch den Sensor 21 darstellt.
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Eine
Laufzeit t1 ergibt sich aus der Differenz der beiden Zeitpunkte
T1, T0 und kennzeichnet diejenige Zeitdauer, die die Signale 31, 32 benötigen, um
von dem Sensor 21 zu der Oberfläche 24 der Erhebung 23 und
wieder zurück
zu dem Sensor 21 zu gelangen. Eine Laufzeit t2 ergibt sich
aus der Differenz der beiden Zeitpunkte T2, T0 und kennzeichnet diejenige
Zeitdauer, die die Signale 33, 34 benötigen, um
von dem Sensor 21 zu der Kolbenfläche 25 des Kolbens 13 und
wieder zurück
zu dem Sensor 21 zu gelangen.
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Da
der Weg zu der Kolbenfläche 25 länger ist als
der Weg zu der Oberfläche 24,
ist auch die Laufzeit t2 größer als
die Laufzeit t1. Der Unterschied der beiden Laufzeiten t1, t2 beruht
auf der Höhe
h der Erhebung 23 und entspricht aufgrund des Hin- und Rückwegs letztlich
der doppelten Höhe
h.
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Vor
einem Betrieb der beschriebenen Vorrichtung zur Ermittlung der aktuellen
Position des Kolbens 13 wird dieselbe kalibriert. Zu diesem
Zweck wird unter vorgegebenen, bekannten Randbedingungen, insbesondere
bei einer bekannten Temperatur, beispielsweise bei 22 Grad Celsius,
und in einem druckfreien Zustand, also ohne dass über den
Zu- und Ablaufkanal 18 ein flüssiges Medium zu- oder abgeführt wird,
eine Messung von Laufzeiten t1_kal, t2_kal durchgeführt. Aus
der Differenz dieser beiden Laufzeiten ergibt sich eine Laufzeitdifferenz delta_t_kal
für die
Kalibrierung wie folgt: delta_t_kal = t1_kal – t2_kal.
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Weiterhin
wird bei dieser Kalibrierung die Geschwindigkeit der Signale in
dem flüssigen
Medium gemessen, und zwar mit Hilfe der bekannten Höhe h. Hierzu
wird folgende Gleichung als Signalgeschwindigkeit v_kal bei der
Kalibrierung verwendet: v_kal = 2 × h/delta
t_kal.
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Der
Faktor 2 im Zähler
der vorstehenden Gleichung ergibt sich dabei aus der Tatsache, dass sich
die Laufzeiten immer auf den Hin- und den Rückweg der Signale 31, 32, 33, 34 beziehen.
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Die
bei der Kalibrierung ermittelte Laufzeitdifferenz delta t_kal und
die ermittelte Signalgeschwindigkeit v_kal werden in der Auswerteeinrichtung 27 abgespeichert.
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In
einem nachfolgenden Betrieb der beschriebenen Vorrichtung werden
Laufzeiten t1_akt, t2_akt unter den aktuell vorliegenden Bedingungen gemessen
und es wird daraus eine aktuelle Laufzeitdifferenz delta t_akt wie
folgt ermittelt: delta_t_akt = t1_akt – t2_akt.
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Diese
aktuelle Laufzeitdifferenz delta t akt hängt von den aktuellen Randbedingungen
ab, denen insbesondere das flüssige
Medium und der Sensor 21 momentan ausgesetzt sind. Dabei
handelt es sich unter anderem um die Temperatur, die das flüssige Medium
aufweist, und/oder um den Druck, der auf das flüssige Medium ausgeübt wird,
und/oder um die Konsistenz, die das flüssige Medium besitzt, und die
sich beispielsweise alterungsbedingt verändern kann. Weiterhin kann
es sich auch um temperaturabhängige
und/oder alterungsbedingte Veränderungen des
Sensors 21 handeln, die einen Einfluss auf die Laufzeitdifferenz
delta_t_akt haben.
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Das
Verhältnis
der Laufzeitdifferenz bei der Kalibrierung und der aktuellen Laufzeitdifferenz
ergibt einen Korrekturfaktor K gemäß der folgenden Gleichung: K = delta_t_kal/delta_t_akt.
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Der
vorstehende Korrekturfaktor K kann fortlaufend oder auch nur in
größeren Zeitabständen von der
Auswerteeinrichtung 27 ermittelt werden.
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Soll
nunmehr die aktuelle Position P des Kolbens 13 ermittelt
werden, so wird dies mit Hilfe der folgenden Gleichung durchgeführt: P = v_kal × K × t2_akt/2.
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Die
kalibrierte Signalgeschwindigkeit v_kal wird in der vorstehenden
Gleichung mit Hilfe des Korrekturfaktors K auf eine aktuelle Signalgeschwindigkeit
umgerechnet, die dann ihrerseits mit der Laufzeit t2_akt/2 multipliziert
wird. Das Produkt aus den Faktoren v_kal und K berücksichtigt
damit die aktuellen Randbedingungen, insbesondere die aktuelle Temperatur
und/oder den aktuell einwirkenden Druck. Bei der Laufzeit t2_akt
muss wiederum beachtet werden, dass sich dieselbe immer auf den
Hin- und den Rückweg
der Signale 33, 34 bezieht.
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Bei
der vorstehend beschriebenen Ermittlung der aktuellen Position P
des Kolbens 13 ist es nicht erforderlich, dass die Höhe h der
Erhebung 23 tatsächlich
bekannt ist. Es ist also nicht erforderlich, die Höhe h bei
jedem hergestellten Kolben 13 tatsächlich zu vermessen. Dies wird
letztlich durch die erläuterte
Kalibrierung ersetzt.
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Alternativ
ist es möglich,
die Höhe
h tatsächlich
zu vermessen. In diesem Fall ist keine Kalibrierung erforderlich.
Statt dessen ergibt sich die aktuelle Position P des Kolbens 13 in
diesem Fall gemäß der folgenden
Gleichung: P = h × (t2_akt/delta_t_akt).
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Die
ermittelte aktuelle Position P des Kolbens 13 ist auf die
Kolbenfläche 25 des
Kolbens 13 bezogen. Durch entsprechende Umrechnungen oder Normierungen
kann dies auch auf andere Bezugspunkte oder -flächen oder an andere Maßeinheiten oder
dergleichen angepasst werden. Hierzu können Korrekturwerte additiv
und/oder multiplikativ mit der aktuellen Position P verknüpft werden.
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Es
ist möglich,
dass der Innenraum 17 bzw. die Innenräume 17, 19 des
Zylinders 10 mit einem Gas gefüllt sind, beispielsweise mit
Luft, wobei das Gas druckbeaufschlagt sein kann.
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Ebenfalls
ist möglich,
dass die unterschiedlichen Laufzeiten der Signale 31, 32 einerseits
und der Signale 33, 34 andererseits, die bei den
beschriebenen Ausführungsformen
aufgrund der Höhe
h entstehen, andersartig erzeugt werden. Beispielsweise kann anstelle
der Erhebung 23 die gesamte, dem Sensor 21 zugewandte
Oberfläche
des Kolbens 13 in zwei Bereiche unterteilt sein, in denen
die in Richtung zu dem Kolben 13 verlaufenden Signale 31, 33 unterschiedlich
reflektiert werden. So kann beispielsweise eines der beiden Signale 31, 33 derart
reflektiert werden, dass es nicht direkt zu dem Sensor 21 zurückläuft, sondern
indirekt beispielsweise über
eine weitere Reflektion. Auch kann die Materialbeschaffenheit der
beiden genannten Bereiche unterschiedlich vorgesehen sein, so dass
unterschiedliche Laufzeiten der Signale 31, 32, 33, 34 entstehen.
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Wesentlich
ist, dass durch den Kolben 13 die beiden reflektierten
Signale 32, 34 erzeugt werden, unabhängig davon,
wie dies erreicht wird. Die zu diesen beiden reflektierten Signalen 32, 34 zugehörigen beiden
Laufzeiten werden dann gemessen, um daraus schließlich die
aktuelle Position P des Kolbens 13 zu ermitteln.