EP4278096A1 - Hydrospeicher - Google Patents

Hydrospeicher

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EP4278096A1
EP4278096A1 EP22719211.9A EP22719211A EP4278096A1 EP 4278096 A1 EP4278096 A1 EP 4278096A1 EP 22719211 A EP22719211 A EP 22719211A EP 4278096 A1 EP4278096 A1 EP 4278096A1
Authority
EP
European Patent Office
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separating element
radar device
housing
accumulator
hydraulic accumulator
Prior art date
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Pending
Application number
EP22719211.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Kloft
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hydac Technology GmbH
Original Assignee
Hydac Technology GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP4278096A1 publication Critical patent/EP4278096A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F15B2201/50Monitoring, detection and testing means for accumulators
    • F15B2201/515Position detection for separating means

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic accumulator, in particular a piston accumulator, with a movable separating element which is arranged in an accumulator housing and which separates two media chambers from one another and with a displacement measuring device for monitoring the position of the separating element.
  • WO 2012/143171 A1 describes a piston accumulator for storing energy hydraulically or pneumatically, in which a separating element, in particular in the form of a separating piston, can be displaced within a storage housing along a direction of displacement.
  • a current position of the separating element is determined without contact using an optical measuring device in the form of a laser distance measuring device.
  • the known measuring device can emit light from a light source to an opposite surface of the separating element and detect light reflected there with the aid of a light detector. From the transit time of the light between sending and receiving, the position of the separating element in the storage housing can be inferred.
  • DE 10 2014 105 154 A1 discloses a method and associated cylinder arrangement which is suitable for detecting the position and/or movement of a piston in a cylinder having a central longitudinal axis, with a liquid on a first side of the piston and a liquid on a second side of the piston Gas is present, and a beam of an almost monochromatic wave is radiated onto the second side of the piston at an angle of incidence different from 90° to the direction of the longitudinal central axis, reflected by it and the location of the impact of the reflected beam is recorded, whereby the position of the Separating element can vote in the form of the piston within a storage housing in the form of the cylinder be.
  • the separating element which is arranged to be longitudinally movable in the accumulator housing, regularly separates two media chambers within the accumulator housing from one another, with one media chamber having a compressible working gas as the so-called gas side, while the other media chamber serves as the so-called liquid side for holding liquids such as hydraulic media.
  • Hydraulic accumulators designed to that effect are used in hydraulic systems in order to absorb certain volumes of pressurized fluid, such as hydraulic oil, and return them to the system if necessary.
  • pressurized fluid such as hydraulic oil
  • the position of the separating element or the separating piston in the accumulator housing changes, so that the accumulator absorbs hydraulic oil when the pressure rises in the other media space, with the gas being compressed in one media space.
  • the working pressure decreases, the compressed gas expands again and forces the hydraulic oil that has been stored back into the hydraulic circuit from the other media chamber.
  • the resulting changes in the volume of the media chambers during operation result in an assignable axial movement of the separating element.
  • the known measurement methods also require at least some of the transmitter and receiver devices on the cover side of the storage housing at various locations, which requires corresponding installation space and a targeted alignment of the transmitter and receiver axis, including the reflective separating element, is necessary in order to ensure functionally reliable operation to be able to guarantee.
  • DE 10 2016 007 798 A1 has already proposed a hydropneumatic piston accumulator with an accumulator housing that has a cylinder tube that defines a longitudinal axis, which is closed at both ends by a housing cover and in which a piston as a Separating element is longitudinally movable, the housing in the Ge a working space for a compressible medium, such as a working gas, from another working space for an incompressible medium, such as hyd- rauliköl, and with a position measuring device that determines the position of the piston in the housing without contact.
  • a compressible medium such as a working gas
  • the path measuring device has a non-magnetic measuring tube, which extends through a passage formed in the piston along the longitudinal axis from one housing cover to the other housing cover and is sealed against the interior of the housing, with a position sensor being slidably guided in the tube and being guided by a magnetic force acting between it and the piston in the measuring tube follows the piston movements.
  • a transmitter/receiver of the distance measuring device is arranged on one of the housing covers of the storage housing, which transmits measuring radiation passing through the relevant open end of the measuring tube to the position transmitter and receives radiation reflected from the latter.
  • the interior of the measuring tube forms a measurement zone that is independent of the physical state of the interior of the housing, which provides a space with constant media pressure and constant media density for the passage of a measurement radiation, such as ultrasound, with laser measurement also being possible in addition to ultrasound.
  • a measurement radiation such as ultrasound
  • laser measurement also being possible in addition to ultrasound.
  • no condensate and/or hydraulic oil that impairs the measurement can get into the measuring zone of the measuring tube, which is closed in this respect, and impair the measurement.
  • the measuring tube requires a corresponding installation space in the storage housing, which reduces the volume of the media spaces; Volume that is then no longer available for energy storage.
  • the invention is based on the object of further improving the known hydraulic accumulators to the effect that they allow functionally reliable monitoring of the position of the separating element during operation and, at the same time, require little installation space.
  • a hydraulic accumulator with the features of claim 1 in its entirety solves this problem.
  • the path measuring device is designed as a radar device with a transmitter that emits a primary signal that is at least partially reflected by the separating element and generates a secondary signal that, received by a receiver, enables a position determination for the separating element in the storage housing, a sensor device is created whose function or the precise recording of measured values is not impaired by moisture, condensate, contamination from the liquid keitsseite, heat streaks, etc. due to the formation of the radar signal.
  • the disruptive factors mentioned above do not lead to inaccurate results when monitoring the position of the separating element in the accumulator housing due to the detection of radar measured values.
  • the solution according to the invention allows an improved and more precise detection of measured values with regard to the position of the separating element, without parts of the measuring device having to be accommodated in the media spaces, which saves installation space.
  • the contents of the accumulator in the hydraulic accumulator can be determined very precisely indirectly by determining the position of the separating element and it can be ensured, for example, that the separating element, like a separating piston, does not accidentally strike an end position in the accumulator housing could cause damage.
  • the respective work situation (loading or unloading) for the hydraulic accumulator can also be determined via a corresponding measured value electronics, which is helpful if hydraulic systems of machines and systems have to be controlled in a larger context.
  • the transmitter and receiver can be combined at one point in the accumulator housing, so that the radar device can be used for a hydraulic accumulator in a space-saving manner with little manufacturing and assembly effort. Accordingly, in a particularly preferred embodiment of the hydraulic accumulator according to the invention, it is provided that the transmitter and receiver of the radar device are combined in one structural unit, which is arranged on a cover-like closing part of the accumulator housing, with the closing part having a hollow channel which signals the structural unit leading to one of the two media rooms. In this respect, the separating element is monitored with the radar signals of the radar device in a contact-free manner.
  • the hollow channel of the closing part has a closure part which is permeable to the signals of the radar device and is arranged between this structural unit and the adjacent media space.
  • the closing part can be formed from a glass or ceramic window in the closing part. If the accumulator housing is provided with an integral accumulator wall instead of a cover, the component can also be introduced into a bore in the pertinent accumulator wall.
  • the radar device is arranged in the form of a structural unit coaxially to the longitudinal axis of the storage housing, in its cover-like closing part.
  • the separating element is a separating piston, which is guided in the accumulator housing so that it can be moved longitudinally and which has a flat upper side running transversely to the longitudinal axis of the accumulator housing, which serves as a reflection surface for the primary signals emitted by the radar device serves.
  • the optical processes which among other things prefer a mirror-like reflection surface on the separating piston, there are no higher requirements for the reflective surface in the form of the upper side of the separating piston within the scope of radar recording.
  • the separating element can also consist of a thin-walled bellows, realizing a so-called bellows accumulator.
  • the function of the radar device is based on the frequency-modulated continuous wave method, in which the frequency of a carrier frequency continuously transmitted by the transmitter varies as the primary signal in a predetermined range and as soon as the signal reflected by the separating element as a secondary signal arrives at the receiver, by frequency comparison at least the distance can be determined as the distance between the radar device and the separating element in each travel position of the separating element. Thanks to the mentioned continuous wave method, the radar measurement can also be used in a metrologically meaningful way for extremely small distances, such as those that occur with hydraulic accumulators.
  • the speed of the separating element and/or the position of a separating element, such as an accumulator bladder or a separating membrane, is determined in the accumulator housing is carried out by means of evaluation electronics of the radar device.
  • separating elements such as elastomeric accumulator bladders or separating membranes can take on almost any outer contour that is difficult or impossible to detect with optical evaluation methods; but improved with a radar device measurement value acquisition according to the present inventive solution.
  • the design of the radar device as a unit in the form of a cartridge allows the retrofitting of the SpeI already delivered storage systems with little retrofitting effort in the form of a retrofit kit.
  • the hydraulic accumulator shown in the drawing is designed as a so-called Kol ben precede and has a designated as a whole with 10 SpeI chergephaseuse.
  • the accumulator housing 10 essentially forms a round hollow cylinder in the form of a cylinder tube, which is tightly closed at its opposite ends by a screwed-in housing cover 12 and 14 .
  • the two housing covers 12, 14 each form a cover-like closing part for the storage housing 10 in this respect.
  • a separating piston 18 is guided inside the accumulator housing 10 as a separating element 16, which has an annular sealing and guiding system 20 on the outer circumference for this purpose.
  • the floating piston 18 is provided with a cavity 22 while maintaining a substantially the same wall thickness, which helps to increase the volume of a media space 24 on the gas side of the piston accumulator compared to another media space 26 on the liquid side of the accumulator.
  • the longitudinally movable angeord designated separating piston 18 within the accumulator housing 10 separates the two media chambers 24, 26 from one another.
  • the lower housing cover 14 as seen in the direction of the figure as the lower end part has a longitudinal or fluid channel 30 concentric to the longitudinal axis 28 of the accumulator housing, which enables the fluid connection of the hydraulic accumulator to a hydraulic line network, not shown in detail.
  • a radar device 32 is arranged on the upper housing cover 12 as a path measuring device.
  • the radar device 32 is screwed into the upper closing part 12 in the form of the housing cover by means of a screw-in part 34 .
  • the upper closing part 12 has a hollow channel 36 which optically or signal-carryingly connects the radar device 32 to the one upper media space 24 in the form of the gas side of the hydraulic accumulator.
  • a permeable for the signals of the radar device 32 closure part 38 is introduced into the hollow channel 36 of the upper part 12 final part, which is arranged between the radar device 32 and the extent neigh disclosed media space 24.
  • the pertinent closure part 38 can be formed from a glass or ceramic window, which is used as a cylindrical insert in a corresponding recess in the housing cover 12 and is sealed to the outside via a sealing ring 40 with respect to the inner side of the housing cover 12 .
  • the respective window can also be cast with a precise fit into the corresponding recess in the housing cover 12 .
  • the permeable The locking part is directly connected to the radar sensor as a functional unit. This leads to a screw-in radar sensor that has the pressure-resistant window integrated on its free front side.
  • the radar device 32 has a transmitter 42 which emits a Pri märsignal as radar signals. This primary signal is reflected from the bottom side of the upper side 44 of the separating piston 18, so that to this extent a radar signal sequence is generated as a secondary signal or echo signal. This secondary signal is in turn received by a receiver 46 of the radar device 32, so that with appropriate evaluation of the receiver signals it is possible to determine the position of the separating element 16 within the storage housing 10.
  • the radar device 32 is fixed in the manner of a screw-in cartridge coaxially to the longitudinal axis 28 in the closing part 12 or in the upper housing cover of the accumulator housing 10 .
  • both the transmitter 42 and the receiver 46 are combined in one structural unit 48 .
  • the radar device 32 works according to the so-called frequency-modulated continuous wave method.
  • a primary signal is transmitted by the transmitter 42 of the radar device 32, the frequency of which increases over time. This creates a type of frequency ramp, for example in the form of a sawtooth profile, with the frequency ramp being repeated periodically and the difference between the minimum and maximum frequency is called the bandwidth B.
  • the time between the minimum and maximum frequency is also known as the ramp time T denotes.
  • the frequency is continuously increased as part of the frequency modulation, for example from 122 to 123 GHz.
  • the emitted primary signal hits the separating element 16 in the beam cone gel of the radar device 32, part of the emitted transmission power reflected, which is detected by the receiver 46 as a secondary or echo signal. Due to the frequency ramp, the received secondary signal regularly has a lower frequency than the primary signal and the associated frequency shift FV is detected by evaluation electronics of the radar device 32 as a position measurement signal for the separating element 16, which is not shown in detail. It can be assumed that the velocity of the primary and secondary signals occurs at the fixed velocity c.
  • the distance S between the radar device 32 and the separating element 16 can be calculated using the following formula from the detected frequency shift FV recorded by the radar device 32 or its evaluation electronics, the ramp time T and the bandwidth B, including the Ficht speed c
  • the radar device 32 works with extremely narrow beam cones, so that measuring ranges of less than one meter can be displayed without further ado.
  • the measured values are recorded in the millisecond range, so that the movement of the separating element 16 in the storage housing 10 in the actual route determination to a stationary reference point, such as the radar device 32, plays no role.
  • the radar device 32 is also reliable in operation at extremely low temperatures of -10 to -40°C.
  • the hydraulic accumulator is provided with a bellows instead of the moveable separating element 16, a reference surface of the bellows can ges also monitor with the radar device 32 in its position.
  • the radar device 32 can also be used to monitor the condition, for example to determine how much the individual storage bladder or separating membrane is deformed during fluid operation. In this way, impermissibly high flexing movements of the separating element can be counteracted by appropriate control on the liquid side of the hydraulic accumulator.

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Abstract

2. Ein Hydrospeicher, insbesondere Kolbenspeicher, mit einem in einem Speichergehäuse (10) bewegbar angeordneten Trennelement (16), das zwei Medienräume (24, 26) voneinander separiert und mit einer Wegmesseinrichtung zur Positionsüberwachung des Trennelementes (16), ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wegmesseinrichtung als Radargerät (32) ausgebildet ist mit einem Sender (42), der ein Primärsignal aussendet, das vom Trennelement (16) zumindest teilweise reflektiert ein Sekundärsignal erzeugt, das von einem Empfänger (46) empfangen eine Positionsbestimmung für das Trennelement (16) im Speichergehäuse (10) ermöglicht.

Description

Hydrospeicher
Die Erfindung betrifft einen Hydrospeicher, insbesondere Kolbenspeicher, mit einem in einem Speichergehäuse angeordneten bewegbaren Trennele ment, das zwei Medienräume voneinander separiert und mit einer Weg messeinrichtung zur Positionsüberwachung des Trennelementes.
Durch WO 2012/143171 A1 ist ein Kolbenspeicher zur hydraulischen oder pneumatischen Speicherung von Energie beschrieben, bei dem ein Trenn element, insbesondere in Form eines Trennkolbens, innerhalb eines Spei chergehäuses entlang einer Verlagerungsrichtung verlagert werden kann. Eine aktuelle Position des Trennelements wird dabei mit Hilfe einer opti schen Messvorrichtung in Form eines Laserabstandsmessgerätes berührungs frei bestimmt. Die bekannte Messvorrichtung kann hierzu Licht von einer Lichtquelle hin zu einer gegenüberliegenden Oberfläche des Trennelemen tes emittieren und dort reflektiertes Licht mit Hilfe eines Lichtdetektors de- tektieren. Aus der Laufzeit des Lichtes zwischen Absenden und Empfangen kann auf die Position des Trennelementes im Speichergehäuse rückge schlossen werden. Durch DE 10 2014 105 154 A1 ist ein Verfahren nebst zugehöriger Zylin deranordnung bekannt, die geeignet zur Positions- und/oder Bewegungser fassung eines Kolbens in einem eine Längsmittelachse aufweisenden Zylin der sind, wobei auf einer ersten Kolbenseite eine Flüssigkeit und an einer zweiten Kolbenseite ein Gas ansteht, und wobei unter einem von 90° ver schiedenen Einstrahlwinkel zur Richtung der Längsmittelachse ein Strahl ei ner nahezu monochromatischen Welle auf die zweite Kolbenseite einge strahlt, von dieser reflektiert und der Ort des Auftreffens des reflektierten Strahls erfasst wird, wodurch sich die Position des Trennelementes in Form des Kolbens innerhalb eines Speichergehäuses in Form des Zylinders be stimmen lässt.
Das im Speichergehäuse längsverfahrbar angeordnete Trennelement sepa riert regelmäßig zwei Medienräume innerhalb des Speichergehäuses vonei nander, wobei der eine Medienraum als sogenannte Gasseite ein kompres- sibles Arbeitsgas aufweist, wohingegen der andere Medienraum als soge nannte Flüssigkeitsseite der Aufnahme von Flüssigkeiten, wie Hydraulikme dium, dient.
Dahingehend ausgebildete Hydrospeicher, wie hydropneumatische Kolben speicher, kommen in Hydrauliksystemen zum Einsatz, um bestimmte Volu mina unter Druck stehender Flüssigkeit, wie Hydrauliköl, aufzunehmen und bei Bedarf an das System zurückzugeben. Im Betrieb des Hydrospeichers verändert sich die Position des Trennelementes respektive des Trennkol bens im Speichergehäuse, so dass der Speicher beim Anstieg des Drucks im anderen Medienraum Hydrauliköl aufnimmt, wobei das Gas im einen Me dienraum komprimiert wird. Bei sinkendem Arbeitsruck dehnt sich das ver dichtete Gas dann wieder aus und verdrängt das dabei gespeicherte Hyd rauliköl aus dem anderen Medienraum zurück in den Hydrokreislauf. Durch die sich dadurch im Betrieb ergebenden Veränderungen der Volu mina der Medienräume ergibt sich jeweils eine zuordenbare Axialbewe gung des Trennelementes.
Insbesondere bedingt durch Kondensationsprozesse hat es sich dabei in der Praxis gezeigt, dass es auf der Gasseite des Hydrospeichers zur Feuchtig- keits- und mithin Nebelbildung kommen kann, was optische Messungen be einträchtigt. Auch eine Wegfeststellung mittels Ultraschall-Wegmesseinrich tung ist dergestalt negativ tangiert. Ferner kann es bei Kolbenspeichern mit der Zeit dazu kommen, dass von der Flüssigkeitsseite über das Dicht- und Führungssystem auf der Außenseite des Trennkolbens es ungewollt zu ei nem Flüssigkeitseintrag auf die Gasseite des Speichers kommt, was gleich falls die angesprochenen Messarten beeinträchtigt. Durch starke Kompri mierungsvorgänge des Arbeitsgases durch Einwirkung des Trennelementes haben sich darüberhinaus in der Praxis auf der Gasseite eine Art Hitze schlieren ausgebildet, die gleichfalls die Messqualität der bekannten Verfah ren beeinträchtigt. Auch benötigen die bekannten Messverfahren zumindest teilweise auf der Deckelseite des Speichergehäuses an verschiedenen Stel len Sender- und Empfängereinrichtungen, was entsprechend Bauraum benö tigt und es ist eine gezielte Ausrichtung von Sender- und Empfängerachse unter Einbezug des reflektierenden Trennelementes notwendig, um inso weit einen funktionssicheren Betrieb gewährleisten zu können.
Um diesen Nachteilen zu begegnen, ist in DE 10 2016 007 798 A1 bereits ein hydropneumatischer Kolbenspeicher vorgeschlagen worden, mit einem Speichergehäuse, das ein eine Längsachse definierendes Zylinderrohr auf weist, das an beiden Enden durch jeweils einen Gehäusedeckel geschlossen ist und in dem ein Kolben als Trennelement längsverfahrbar ist, der im Ge häuse einen Arbeitsraum für ein kompressibles Medium, wie ein Arbeitsgas, von einem anderen Arbeitsraum für ein inkompressibles Medium, wie Hyd- rauliköl, trennt, und mit einer die Position des Kolbens im Gehäuse berüh rungslos ermittelnden Wegmesseinrichtung. Die Wegmesseinrichtung weist ein nichtmagnetisches Messrohr auf, das sich durch eine im Kolben gebil dete Durchführung entlang der Längsachse von einem Gehäusedeckel zum anderen Gehäusedeckel hin erstreckt und gegen den Innenraum des Gehäu ses abgedichtet ist, wobei im Rohr ein Positionsgeber verschiebbar geführt ist, der durch eine zwischen ihm und dem Kolben wirkende Magnetkraft im Messrohr den Kolbenbewegungen nachfolgt. An einem der Gehäusedeckel des Speichergehäuses ist ein Sender/Empfänger der Wegmesseinrichtung angeordnet, der durch das betreffende offene Ende des Messrohres hin durchtretende Messstrahlung zum Positionsgeber aussendet und von die sem reflektierte Strahlung empfängt. Dergestalt bildet der Innenraum des Messrohres eine vom physikalischen Zustand des Gehäusesinnenraums un abhängige Messzone, die für den Durchtritt einer Messstrahlung, wie Ultra schall, einen Raum mit gleichbleibendem Mediendruck und gleichbleiben der Mediendichte zur Verfügung stellt, wobei neben Ultraschall auch eine Lasermessung dergestalt durchführbar ist. Insbesondere kann kein die Mes sung beeinträchtigendes Kondensat und/oder Hydrauliköl in die insoweit abgeschlossene Messzone des Messrohres gelangen und die Messung be einträchtigen. Jedoch benötigt das Messrohr einen entsprechenden Einbau raum im Speichergehäuse, der die Volumina der Medienräume reduziert; Volumen, dass für die Energiespeicherung dann nicht mehr zur Verfügung steht.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannten Hydrospeicher dahingehend weiter zu verbessern, dass diese im Betrieb eine funktionssichere Positionsüberwachung des Trennelementes erlauben und dabei wenig Einbauraum benötigen.
Eine dahingehende Aufgabe löst ein Hydrospeicher mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit. Dadurch, dass gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 die Wegmesseinrichtung als Radargerät ausgebildet ist mit einem Sender, der ein Primärsignal aussendet, das vom Trennelement zumindest teilweise reflektiert ein Sekundärsignal erzeugt, das von einem Empfänger empfangen eine Positionsbestimmung für das Trennelement im Speichergehäuse er möglicht, ist eine Sensoreinrichtung geschaffen, deren Funktion respektive deren genaue Messwerterfassung aufgrund der Radarsignalausbildung nicht durch Feuchtigkeit, Kondensat, Verschmutzungseintrag von der Flüssig keitsseite, Hitzeschlieren, etc. beeinträchtigt ist. Vielmehr führen die vorste hend genannten Störfaktoren aufgrund der Radarmesswerterfassung nicht zu ungenauen Ergebnissen bei der Positionsüberwachung des Trennelementes im Speichergehäuse. Dergestalt erlaubt die erfindungsgemäße Fösung eine verbesserte und genauere Messwerterfassung im Hinblick auf die Position des Trennelementes, ohne dass Teile der Messeinrichtung in den Medien räumen unterzubringen wären, was bauraumsparend ist. Insgesamt lässt sich sehr genau mittels des Einsatzes des Radargerätes ein Speicherinhalt im Hydrospeicher indirekt über die Fagebestimmung des Trennelementes er mitteln und es kann beispielweise sichergestellt werden, dass das Trennele ment, wie ein Trennkolben, nicht ungewollt gewaltsam an eine Endlage im Speichergehäuse anschlägt, was zu Beschädigungen führen könnte. Auch lässt sich über eine entsprechende Messwertelektronik die jeweilige Arbeits situation (Be- oder Entladen) für den Hydrospeicher festgestellt werden, was hilfreich ist, wenn im größeren Zusammenhang Hydrauliksysteme von Ma schinen und Anlagen angesteuert werden müssen.
Durch den Einsatz des Radargerätes lassen sich Sender und Empfänger an einer Stelle im Speichergehäuse zusammenfassen, so dass mit geringem Herstell- und Montageaufwand bauraumsparend das Radargerät für einen Hydrospeicher verwendbar ist. Demgemäß ist bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Hydrospeichers vorgesehen, dass der Sender und der Emp fänger des Radargerätes in einer Baueinheit zusammengefasst sind, die an einem deckelartigen Abschlussteil des Speichergehäuses angeordnet ist, wo bei das Abschlussteil einen Hohlkanal aufweist, der die Baueinheit signal führend mit einem der beiden Medienräume verbindet. Insoweit erfolgt die Überwachung des Trennelementes mit den Radarsignalen des Radargeräts berührungsfrei.
Für einen sicheren Abschluss der Medienräume gegenüber der Umgebung ist vorgesehen, dass der Hohlkanal des Abschlussteils ein für die Signale des Radargeräts durchlässiges Verschlussteil aufweist, das zwischen dieser Baueinheit und dem benachbarten Medienraum angeordnet ist. Ohne die Radarabstrahlung und den Empfang zu beeinträchtigen, kann das Ver schlussteil aus einem Glas- oder Keramikfenster im Abschlussteil gebildet sein. Sofern das Speichergehäuse anstelle eines Deckels mit einer einstückig verlaufenden Speicherwand versehen ist, lässt sich das Bauteil auch in eine Bohrung in der dahingehenden Speicherwand einbringen.
Für das Abstrahlen und Empfangen der Radarsignale hat es sich als vorteil haft erwiesen, dass das Radargerät in Form der Baueinheit koaxial zur Längsachse des Speichergehäuses, in dessen deckelartigem Abschlussteil, angeordnet ist.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hydrospeichers ist vorgesehen, dass das Trennelement ein Trennkolben ist, der längsverfahrbar im Speichergehäuse geführt ist und der eine ebene so wie quer zur Längsachse des Speichergehäuses verlaufende Oberseite auf weist, die als Reflektionsfläche für die vom Radargerät abgegebenen Primär signale dient. Im Gegensatz zu den optischen Verfahren, die unter anderem eine spiegelartige Reflektionsfläche am Trennkolben bevorzugt verlangen, sind im Rahmen der Radaraufzeichnung keine höheren Anforderungen an die Reflektionsfläche in Form der Oberseite des Trennkolbens vonnöten.
Neben dem angesprochenen Trennkolben als Trennelement kann das Trennelement auch aus einem dünnwandigen Faltenbalg bestehen unter Re alisierung eines sogenannten Balgspeichers.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, dass die Signale des Radarge rätes die Gasseite des Hydrospeichers durchlaufen, wobei selbst ein Ver schmutzungseintrag auf der Gasseite die Güte der Radarmessung nicht oder nur unwesentlich beeinträchtigt. Es besteht zusätzlich oder alternativ aber auch die Möglichkeit mittels des Radargerätes die Flüssigkeitsseite (Ölseite) des Speichers zu überwachen.
Besonders bevorzugt ist bei einem erfindungsgemäßen Hydrospeicher vor gesehen, dass die Funktion des Radargerätes auf der frequenzmodulierten Dauerstrichmethode beruht, bei der die Frequenz einer vom Sender konti nuierlich ausgesandten Trägerfrequenz als Primärsignal in einem vorgebba- ren Bereich variiert und sobald das vom Trennelement reflektierte Signal als Sekundärsignal beim Empfänger ankommt, durch Frequenzvergleich zumin dest die Wegstrecke als Distanz zwischen dem Radargerät und dem Trenn element in jeder Verfahrstellung des Trennelementes ermittelbar ist. Dank der angesprochenen Dauerstrichmethode lässt sich die Radarmessung auch für ausgesprochen kleine Distanzen, wie sie bei Hydrospeichern auftreten, in messtechnisch sinnvoller Weise einsetzen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hydrospeichers ist vorgesehen, dass neben der Wegstreckenermittlung im Rahmen der Positionsüberwachung eine Ermittlung der Geschwindigkeit des Trennelementes und/oder eine Lageermittlung eines Trennelementes, wie einer Speicherblase oder einer Trennmembran, im Speichergehäuse mittels einer Auswerteelektronik des Radargerätes durchgeführt ist. Trenn elemente wie elastomere Speicherblasen oder Trennmembranen können im Betrieb eines Hydrospeichers nahezu beliebigen Außenkonturen einneh men, die sich mit optischen Auswerteverfahren nur schwer oder gar nicht erfassen lassen; aber verbessert mit einer Radargerät-Messwerteerfassung nach der vorliegenden erfindungsgemäßen Lösung.
Da bereits eine sehr hohe Anzahl von Hydrospeichern weltweit auf dem Markt in Benutzung sind, erlaubt die Ausgestaltung des Radargerätes als Baueinheit in Patronenform das Nachrüsten der bereits ausgelieferten Spei chersysteme bei geringem Nachrüstaufwand in der Art eines Nachrüstsat zes.
Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Hydrospeicherlösung anhand ei nes Ausführungsbeispiels nach der Figur näher erläutert. Dabei zeigt in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die einzige
Figur in der Art eines Längsschnittes einen Kolbenspeicher mit ein gebautem Radargerät als Wegmesseinrichtung.
Der in der Zeichnung dargestellte Hydrospeicher ist als sogenannter Kol benspeicher konzipiert und weist ein als Ganzes mit 10 bezeichnetes Spei chergehäuse auf. Das Speichergehäuse 10 bildet im Wesentlichen einen runden Hohlzylinder in Form eines Zylinderrohres aus, das an seinen bei den einander gegenüberliegenden Enden durch jeweils einen eingeschraub ten Gehäusedeckel 12 und 14 dicht verschlossen ist. Die beiden Gehäuse deckel 12, 14 bilden insoweit jeweils ein deckelartiges Abschlussteil für das Speichergehäuse 10 aus. Zwischen den beiden Abschlussteilen in Form der Gehäusedeckel 12, 14 ist innerhalb des Speichergehäuses 10 als Trennele ment 16 ein Trennkolben 18 geführt, der hierfür außenumfangsseitig ein ringförmiges Dicht- und Führungssystem 20 aufweist. Der Trennkolben 18 ist unter Beibehalten einer im Wesentlichen gleichen Wandstärke mit ei nem Hohlraum 22 versehen, der insoweit volumetrisch einen Medienraum 24 auf der Gasseite des Kolbenspeichers vergrößern hilft gegenüber einem anderen Medienraum 26 auf der Flüssigkeitsseite des Speichers. Insoweit separiert der innerhalb des Speichergehäuses 10 längsverfahrbar angeord nete Trennkolben 18 die beiden Medienräume 24, 26 voneinander.
Der in Blickrichtung auf die Figur gesehen untere Gehäusedeckel 14 als un teres Abschlussteil weist konzentrisch zur Längsachse 28 des Speicherge häuses einen Längs- oder Fluidkanal 30 auf, der die Flüssigkeitsanbindung des Hydrospeichers an ein nicht näher dargestelltes Hydraulik-Leitungsnetz ermöglicht.
Am oberen Gehäusedeckel 12 ist als Wegmesseinrichtung ein Radargerät 32 angeordnet. Hierfür ist das Radargerät 32 mittels eines Einschraubteils 34 in das obere Abschlussteil 12 in Form des Gehäusedeckels einge schraubt. Insoweit weist das obere Abschlussteil 12 einen Hohlkanal 36 auf, der das Radargerät 32 signalführend mit dem einen oberen Medien raum 24 in Form der Gasseite des Hydrospeichers optisch oder signalfüh rend verbindet. Außerdem ist in den Hohlkanal 36 des oberen Abschlusstei les 12 ein für die Signale des Radargeräts 32 durchlässiges Verschlussteil 38 eingebracht, das zwischen dem Radargerät 32 und dem insoweit benach barten Medienraum 24 angeordnet ist. Das dahingehende Verschlussteil 38 kann aus einem Glas- oder Keramikfenster gebildet sein, das als zylindri scher Einsatz in eine entsprechende Ausnehmung im Gehäusedeckel 12 eingesetzt, und nach außen hin über einen Dichtring 40 gegenüber der In nenseite des Gehäusedeckels 12 abgedichtet ist. Anstelle eines Einsatzes kann das jeweilige Fenster auch in die entsprechende Ausnehmung im Ge häusedeckel 12 passgenau eingegossen werden. Bei einer nicht näher dar gestellten Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, dass das durchläs- sige Verschlussteil mit dem Radarsensor als Funktionseinheit direkt verbun den ist. Dies führt zu einem einschraubbaren Radarsensor, der an seiner ei nen freien Stirnseite das druckfeste Fenster integriert hat.
Das Radargerät 32 weist einen Sender 42 auf, der als Radarsignale ein Pri märsignal aussendet. Dieses Primärsignal wird von der Oberseite 44 des Trennkolbens 18 bodenseitig reflektiert, so dass insoweit eine Radarsignal folge als Sekundärsignal oder Echosignal erzeugt wird. Dieses Sekundärsig nal wird wiederum von einem Empfänger 46 des Radargeräts 32 empfan gen, so dass dergestalt bei entsprechender Auswertung der Empfängersig nale eine Positionsbestimmung für das Trennelement 16 innerhalb des Spei chergehäuses 10 ermöglicht ist.
Wie des Weiteren die Figur zeigt, ist das Radargerät 32 in der Art einer Ein schraubpatrone koaxial zur Längsachse 28 im Abschlussteil 12 respektive im oberen Gehäusedeckel des Speichergehäuses 10 festgelegt. Insoweit ist sowohl der Sender 42 als auch der Empfänger 46 in einer Baueinheit 48 zu sammengefasst. Das Radargerät 32 funktioniert nach der sogenannten fre quenzmodulierten Dauerstrichmethode. Dabei wird wie bereits dargelegt ein Primärsignal vom Sender 42 des Radargerätes 32 ausgesendet, bei dem die Frequenz mit der zeit ansteigt. Somit entsteht eine Art Frequenzrampe, beispielsweise in Form eines Sägezahnprofiles, wobei das Abfahren der Fre quenzrampe periodisch wiederholt wird und die Differenz zwischen der minimalen und maximalen Frequenz nennt man fachsprachlich die Band breite B. Des Weiteren wird die Zeit zwischen minimaler und maximaler Frequenz als Rampenzeit T bezeichnet. Während der Rampenzeit wird im Rahmen der Frequenzmodulierung die Frequenz kontinuierlich erhöht, bei spielsweise von 122 auf 123 GHz.
Wenn das ausgesendete Primärsignal auf das Trennelement 16 im Strahlke gel des Radargerätes 32 trifft, wird ein Teil der ausgesendeten Sendeleistung reflektiert, die vom Empfänger 46 als Sekundär- oder Echosignal detektiert wird. Durch die Frequenzrampe hat das empfangene Sekundärsignal regel mäßig eine tiefere Frequenz als das Primärsignal und die damit einherge hende Frequenzverschiebung FV wird von einer nicht näher dargestellten Auswerteelektronik des Radargerätes 32 als, Positions-Messsignal für das Trennelement 16 erfasst. Dabei kann man davon ausgehen, dass die Ge schwindigkeit von Primär- und Sekundärsignal mit der Fichtgeschwindigkeit c erfolgt. Aus der vom Radargerät 32 respektive von dessen Auswerteelektronik er fassten detektierten Frequenzverschiebung FV, der Rampenzeit T und der Bandbreite B unter Einbezug der Fichtgeschwindigkeit c, kann die Strecke S zwischen Radargerät 32 und Trennelement 16 nach folgender Formel be rechnet werden
Das Radargerät 32 arbeitet mit ausgesprochen schmalen Strahlkegeln, so dass Messbereiche kleiner einem Meter ohne Weiteres darstellbar sind. Die Messwerterfassung erfolgt im Millisekunden-Bereich, so dass die Bewegung des Trennelementes 16 im Speichergehäuse 10 bei der eigentlichen Weg streckenermittlung zu einem stationären Referenzpunkt, wie dem Radarge rät 32, keine Rolle spielt. Es ergibt sich in jedem Fall eine stabile Messwer tauswertung, auch bei widrigen Bedingungen im Medienraum 24, sei es in Form von partikulären Verschmutzungen, sei es in Form von Hitze- oder Wärmeschlieren sowie Feuchtigkeit regelmäßig in Form von Kondensat.
Das Radargerät 32 ist auch bei ausgesprochen tiefen Temperaturen von -10 bis -40°C verlässlich im Betrieb.
Sofern der Hydrospeicher anstelle des verfahrbaren Trennelementes 16 mit einem Faltenbalg versehen ist, lässt sich eine Referenzfläche des Faltenbal- ges gleichfalls mit dem Radargerät 32 in seiner Position überwachen. Ne ben der eigentlichen Positionsüberwachung des jeweiligen Trennelementes 16 im Rahmen einer Wegstreckenermittlung mittels des Radargerätes 32 be steht auch die Möglichkeit alternativ oder zusätzlich die Geschwindigkeit der Bewegung für das jeweilige Trennelement 16 zu ermitteln. Sofern das Trennelement aus einer elastisch nachgiebigen Speicherblase oder einer Trennmembran gebildet ist, lässt sich gegebenenfalls mittels des Radargerä tes 32 auch eine Zustandsüberwachung durchführen, um beispielsweise festzustellen, wie stark sich im Rahmen des Fluidbetriebs sich die einzelne Speicherblase oder Trennmembran verformt. Dergestalt kann unzulässig ho hen Walkbewegungen des Trennelementes durch entsprechende Ansteue rung auf der Flüssigkeitsseite des Hydrospeichers begegnet werden.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1 . Hydrospeicher, insbesondere Kolbenspeicher, mit einem in einem Speichergehäuse (10) bewegbar angeordneten T rennelement (16), das zwei Medienräume (24, 26) voneinander separiert und mit einer Wegmesseinrichtung zur Positionsüberwachung des Trennelementes (16), dadurch gekennzeichnet, dass die Wegmesseinrichtung als Ra dargerät (32) ausgebildet ist mit einem Sender (42), der ein Primär- Signal aussendet, das vom Trennelement (16) zumindest teilweise re flektiert ein Sekundärsignal erzeugt, das von einem Empfänger (46) empfangen eine Positionsbestimmung für das Trennelement (16) im Speichergehäuse (10) ermöglicht.
2. Hydrospeicher nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (42) und der Empfänger (46) des Radargerätes (32) in einer Baueinheit (48) zusammengefasst sind, die an einem deckelartigen Abschlussteil (12) des Speichergehäuses (10) angeordnet ist, und dass das Abschlussteil (12) einen Hohlkanal (36) aufweist, der die Baueinheit (48) signalführend mit einem (24) der beiden Medien räume (24, 26) verbindet.
3. Hydrospeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkanal (36) des einen Abschlussteils (12) ein für die Sig- nale des Radargeräts (32) durchlässiges Verschlussteil (38) aufweist, das zwischen der Baueinheit (48) und dem benachbarten Medien raum (24) angeordnet ist.
4. Hydrospeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussteil (38) aus einem Glas- oder Keramikfenster gebildet ist.
5. Hydrospeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Radargerät (32) in Form der Baueinheit (48) koaxial zur Längsachse (28) des Speichergehäuses (10) in dessen einem deckelartigem Abschlussteil (12) angeordnet ist.
6. Hydrospeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (16) ein Trennkolben (18) ist, der längsverfahrbar im Speichergehäuse (10) geführt ist und der eine ebene sowie quer zur Längsachse (28) des Speichergehäuses (10) verlaufende Oberseite (44) aufweist, die als Reflektionsfläche für die vom Radargerät (32) abgegebenen Primärsignale dient.
7. Hydrospeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (16) eine Gasseite als dem einen Medienraum (24) von einer Flüssigkeitsseite als dem anderen
Medienraum (26) im Speichergehäuse (10) trennt und dass die Sig nale mindestens eines Radargerätes (22) die Gasseite und/oder die Flüssigkeitsseite durchlaufen.
8. Hydrospeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion des Radargerätes (32) auf der fre quenzmodulierten Dauerstrichmethode beruht, bei der die Frequenz einer vom Sender (42) kontinuierlich ausgesandten Trägerfrequenz als Primärsignal in einem vorgebbaren Bereich variiert und sobald das vom Trennelement (16) reflektierte Signal als Sekundärsignal beim Empfänger (46) ankommt, durch Frequenzvergleich zumindest die Wegstrecke als Distanz zwischen dem Radargerät (32) und dem Trennelement (16) in jeder Verfahrstellung des Trennelementes (16) ermittelbar ist.
9. Hydrospeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass neben der Wegstreckenermittlung im Rahmen der Positionsüberwachung eine Ermittlung der Geschwindigkeit des Trennelementes (16) und/oder eine Lageermittlung eines Trennele mentes (16), wie einer Speicherblase oder einer Trennmembran, im Speichergehäuse (10) mittels einer Auswerteelektronik des Radarge rätes (32) durchgeführt ist.
10. Hydrospeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheit (48) als patronenartiger Radar sensor konzipiert, auch als Nachrüstsatz, in das jeweilige Abschluss teil (12) oder in das Speichergehäuse (10) selbst einsetzbar ist.
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