DE3820883A1 - Apparat und vorrichtung zur bestimmung des kolbenhubs in hydraulikzylindern mit hilfe von ultraschall - Google Patents

Description

Es ist bekannt, daß man mit Hilfe des Ultraschall-Lauf­ zeit-Impuls-Echo-Verfahrens die Distanz von einem ent­ sprechenden Apparat zu einem entsprechenden Ziel bestimmen kann. Grundsätzlich arbeitet dieses Verfahren in allen Medien. So sind zahlreiche Anmeldungen bekannt, bei denen die Ausbreitungsmöglichkeiten der Luft ausgenutzt wird. Beim bekannten Echolot wird die Laufzeit im Wasser unter­ halb von Schiffen ausgenutzt. In der medizinischen Technik und in der Materialprüfung wird die Schallaufzeit in Fest­ körpern bestimmt. In den Patentanmeldungen P 34 42 686.8-35 und P 37 41 338.4 wird ergänzend ein Verfahren beschrieben, bei dem der natürliche Reflektor durch einen Elektronikauf­ bau ersetzt wird, so daß ein Transponder-Verfahren ermög­ licht wird. Ferner werden Auswerte-Algorithmen beschrieben, bei denen mit Hilfe von Korrelationstechniken Störungen unterdrückt werden. Es besteht ferner der Wunsch, den Hub in Hydraulikzylindern mit ausreichender Genauigkeit und Auflösung zu bestimmen, wobei insbesondere in rauhen Ein­ satzbedingungen berührungslos arbeitende Methoden ohne aufwendige Mechanik der Vorzug gegeben wird. Auf diesem Gebiet sind verschiedentlich Versuche gemacht worden, wobei ein Ultraschall-Wandler sich im Zylinder befindet, wobei der Schallimpuls vom Kolbenboden reflektiert wird, wobei die Laufzeit das Maß für die Entfernung ist. Als nachteilig hat sich bei diesem Verfahren herausgestellt, daß Abrieb, Blasen und Schlieren zu unerwünschten Reflektionen geführt haben, so daß es zu Fehlmessungen gekommen ist. Das nachstehend be­ schriebene Verfahren umgeht vorteilhaft diese Risiken. Außerdem wird vorteilhaft das Problem gelöst, die mit Hilfe relativ preiswerter Schall-Wandler trotz des hohen Umgebungs­ drucks gearbeitet werden kann. Fig. 1 zeigt die grundsätzlich mechanische Anordnung der Bauteile. Die Sensoren (6, 7) sitzen in Vertiefungen des Kolbenbodens (3) und des Zylinders (1). Der Zylinderinnenraum (2) ist mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt.

Aus Fig. 2 wird der Aufbau ersichtlich. Die Umschalt­ einrichtung (11) schaltet den Empfänger (10) und den Sender (12) von einer Logik (13) gesteuert derart, daß alternierend jeweils die Schall-Richtung umgekehrt wird. Es wird deutlich, daß bei dem beschriebenen Verfahren kein Echo ausgewertet wird, sondern die Laufzeit des Schalls zwischen den einzelnen Schall-Wandlern. Die Anordnung des Schall-Wandlers in einer Vertiefung ermöglicht eine raumsparende Montage und läßt zu, daß der Kolben in die Endlage gefahren werden kann.

Ein weiteres Problem besteht darin, bei sehr hohen Kol­ bendrücken eine elektrische Verbindung zwischen dem Auswertegerät und den Schall-Wandlern herzustellen. Es sind Lösungen bekannt, bei denen der Kolben- bzw. Zylinder­ boden als Membran genutzt wurde. Nachteilig ist hier der relativ hohe Störschallanteil und der schlechte akustische Wirkungsgrad. Besser wäre es, einen akustisch impendanz­ richtig angekoppelten Schall-Wandler direkt in der Hydrau­ likflüssigkeit anzuordnen. Da der Hydraulikdruck bei voll­ ständiger Anordnung des Bauteils in derHydraulikflüssigkeit von allen Seiten angreift, hebt er sich auf und ist für das Bauelement unschädlich. Um die elektrische Energie zwischen Innen- und Außenbereich zu übertragen, schlägt die Erfindung ein kabelloses System vor. Erfindungsgemäß sind zwei Spulen in der Art eines Transformators angeordnet, wobei eine Spule sich innerhalb des Hydrauliksystems befindet, die andere Spule außerhalb. Die Spulen sind so angeordnet, daß das elektromagnetische Kraftfeld von zwei sich gegenüberstehen­ den Zapfen gebündelt und übertragen wird, die den Kern der Spule bilden. Damit ist es möglich, die elektrischen Impulse, die vorzugsweise aus kurzen Hochfrequenz-Schwingungspaketen bestehen, zu übertragen. Fig. 3 zeigt prinzipiell den Auf­ bau eines solchen Übertragers. Die beiden Spulen (4, 5) sitzen jeweils auf Zapfen (15, 16) .

Claims (3)

1. Apparat und Vorrichtung zur Bestimmung der Distanz zwischen Kolben- und Zylinderboden in Hydrauliksystemen mit Hilfe von Impuls-Ultraschall-Laufzeitmessungen, dadurch gekennzeichnet, daß am Kolbenboden und am Zylinderboden jeweils ein Schall- Wandler befestigt ist, wobei ein Schall-Wandler jeweils als Sender arbeitet, der andere Schall-Wandler dagegen als Em­ pfänger arbeitet, wobei die Energieübertragung von der An­ steuerelektronik zu den Schall-Wandlern über einen Trans­ formator derart erfolgt, daß eine Wicklungsseite sich inner­ halb des Hydrauliksystems befindet während die andere Wicklung sich außerhalb des Hydrauliksystems befindet, wobei die Spulen zueinander derart angeordnet sind, daß sich durch den als Kern arbeitenden Trennboden ein elektromagnetischer Fluß ergibt.

2. Apparat und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuerlogik der Anordnung die Sender/Em­ pfängerfunktion der Schall-Wandler alternierend betreibt, also jeweils nach vollendetem Zyklus umschaltet.

3. Apparat und Verfahren nach mindestens einem der vorangegan­ genen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerte- Logik eine Schnittstelle aufweist, die die ermittelten Distanzdaten in geeigneter Form an einen Zentralrechner übergibt, wobei ein Rechen-Auswerte-Programm im Zentral­ rechner aus den mechanischen Daten der Anordnung und den gemessenen Distanzdaten die jeweilige Geometrie des hydraulisch betriebenen Gerätes errechnet und vorzugsweise auf einem Bildschirm darstellt.