WO2009015741A1 - Vorrichtung zum bestimmen der position eines kolbens in einem zylinder - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung zum Bestimmen der Position eines Kolbens (2) in einem Zylinder (1) weist eine Ultraschalleinrichtung (5) zum Senden von Ultraschallsignalen in das Innere des Zylinders (1) und Empfangen von von dem Kolben (2) reflektierten Ultraschallsignalen auf. Auf einer Stirnfläche (4) des Kolbens (2) ist ein Vorsprung (30) ausgebildet, der eine Stirnfläche (31 ) aufweist, die um eine bestimmte Höhe (32) gegenüber der restlichen Stirnfläche (4) des Kolbens (2) versetzt ist. Der Vorsprung (31) ist in jeder im Betrieb erreichbaren Kolbenstellung isoliert vorhanden. Die Position des Kolbens wird durch eine Auswerteeinrichtung (7) anhand der Laufzeit der Ultraschallsignale zwischen der Ultraschalleinrichtung (5) und der Stirnfläche (31) des Vorsprungs (30) ermittelt.

Description

Vorrichtung zum Bestimmen der Position eines Kolbens in einem Zylinder

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen der Position eines Kolbens in einem Zylinder mit Hilfe von Ultraschallsignalen .

Aus der DE 103 22 718 Al ist ein Ultraschall- Positionsmesssystem bekannt, bei dem von einem Ultraschallwandler Ultraschallsignale in einen Zylinder in Richtung einer Stirnfläche eines Kolbens gesendet und die von dort reflektierten Ultraschallsignale wieder empfangen werden. Aufgrund der Laufzeit der Ultraschallsignale lässt sich, sofern die Schallgeschwindigkeit in dem Medium bekannt ist, die Entfernung der Kolben-Stirnfläche zum Ultraschallwandler und damit die Position des Kolbens innerhalb des Zylinders bestimmen.

In der US 4,543,649 wird ein ähnliches System beschrieben, wobei an der relevanten Stirnfläche des Kolbens eine Stufe ausgebildet ist, der gegenüberliegend an der Stirnseite des Zylinders eine Teilkammer zugeordnet ist, in die die Stufe kurz vor Erreichen der Endlage des Kolbens eindringen kann. Dadurch wird eine Endlagendämpfung der Bewegung des Kolbens bewirkt, um ein zu hartes Anschlagen des Kolbens an den stirnseitigen Anschlag zu verhindern.

Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer bekannten Kolben- Zylindereinheit, bei der die Position des Kolbens mit Hilfe von Ultraschallsignalen erfasst wird.

Im Inneren eines Zylinders 1 ist ein Kolben 2 axial bewegbar, der mit Hilfe einer stirnseitig aus dem Zylinder 1 geführten

Kolbenstange 3 zusätzlich geführt wird. Gegenüber einer

Stirnfläche 4 des Kolbens 2 ist an einem stirnseitigen Ende des

Zylinders 1 eine Ultraschalleinrichtung 5 angeordnet, die einen

Ultraschallwandler 6 aufweist. Der Ultraschallwandler 6 dient zum Senden von Ultraschallsignalen in Richtung der Stirnfläche 4 sowie zum Empfangen von von der Stirnfläche 4 reflektierten

Ultraschallsignalen . Mit dem Ultraschallwandler 6 ist eine Auswerteeinrichtung 7 verbunden, die aufgrund der Laufzeit der Ultraschallsignale und anhand einer Schallgeschwindigkeit des Ultraschalls in einem Medium, das eine durch den Zylinder 1 und den Kolben 2 umschlossene Hauptkammer 8 füllt, den Abstand der Stirnfläche 4 von dem Ultraschallwandler 6 und damit die Position des Kolbens 2 im Zylinder 1 bestimmt.

Die Schallgeschwindigkeit hängt ab von dem Medium, der Temperatur und dem Druck und ändert sich während des Betriebs der Kolben-Zylindereinheit. Zu diesem Zweck ist, wie auch in der DE 103 22 718 Al beschrieben, vor dem Ultraschallwandler 6 eine Referenzfläche 9 mit einem vorbestimmten Abstand 10 zu dem Ultraschallwandler 6 angeordnet. Aufgrund der Laufzeit der Ultraschallsignale zwischen dem Ultraschallwandler 6 und der Referenzfläche 9 sowie anhand des bekannten Abstands 10 kann die Auswerteeinrichtung 7 die Schallgeschwindigkeit in dem Medium stets aktuell bestimmen. Das Medium kann z.B . Hydrauliköl oder auch ein anderes geeignetes Fluid, wie z.B. eine Flüssigkeit oder ein Gas sein.

Das Fluid kann über eine Leitung 1 1 in die Hauptkammer 8 eingeleitet bzw. daraus wieder abgelassen werden, um die Position des Kolbens 2 zu verändern.

Zusätzlich kann auf der Rückseite der Stirnfläche 4 des Kolbens, also auf der Seite der Kolbenstange 3 eine zweite Hauptkammer 12 vorgesehen sein, die über eine Leitung 13 ebenfalls mit dem Medium versorgt wird. Dadurch lässt sich die auf den Kolben 2 wirkende Kraft vergrößern bzw. es können Rückstellkräfte erzeugt werden, die z.B. den Kolben 2 in Fig. 1 nach links bewegen.

Es hat sich herausgestellt, dass mitunter aufgrund von Interferenz- oder Beugungseffekten Störungen des

Ultraschallsignals auftreten, die eine präzise Bestimmung der Position des Kolbens 2 erschweren. Es wird angestrebt, dass die von dem Ultraschallwandler 6 abgegebenen Ultraschallimpulse entlang einer einer Hauptachse des Zylinders 1 entsprechenden Hauptrichtung 14 im Zylinder 1 verlaufen und senkrecht auf die Stirnfläche 4 des Kolbens 2 auftreffen. Aufgrund von z.B. Beugungseffekten werden unvermeidlich auch Ultraschallsignalanteile generiert, die schräg zu der Hauptrichtung 14, also z.B. entlang einer Nebenrichtung 15 verlaufen. Diese Signalanteile erzeugen Störsignale, die sich mit dem unmittelbar von der Stirnfläche 4 reflektierten Ultraschallsignal überlagern können. Insbesondere können daher am Ort des Ultraschallwandlers 6 die Signalanteile der unterschiedlichen Pfade 14, 15 interferieren, die die Signale entlang der Innenwandung des Zylinders 1 und der Stirnfläche 4 des Kolbens 2 genommen haben. Dies führt zu Verformungen, Verstärkungen oder Teilauslöschungen des Empfangssignals am Ultraschallwandler 6. Da im Rohr des Zylinders 1 mehrere Schallausbreitungsmöglichkeiten über die Rohrwandung mit unterschiedlichen Pfadlängen existieren, kommt es zudem zu einer zeitlichen Verlängerung bzw. Verschiebung der Empfangssignale. Die Unterschiedlichkeit der Empfangs Signale erschwert es, die Laufzeit des Ultraschallsignals längs der Hauptrichtung 14 präzise zu messen.

Fig. 2 zeigt typische Amplituden von Empfangssignalen, die als Echosignal zu dem Ultraschallwandler 6 gelangen. Dabei wird in Fig. 2A ein Empfangssignal in annähernd idealer Weise gezeigt, während Fig. 2B ein gestörtes Empfangssignal darstellt.

Aufgrund der physikalischen Eigenschaften des Ultraschallwandlers 6 schwillt ein Sendeimpuls über mehrere Schwingungsperioden, z.B . über drei bis fünf Perioden bzw. Halbwellen, an. Das Sendesignal ist in Fig. 2 nicht gezeigt und müsste auf der Zeitachse weit links dargestellt werden. Das Empfangssignal weist eine entsprechende Anzahl von anschwellenden Halbwellen auf, z.B. fünf in Fig. 2A. Der Anstieg des Signals ist durch eine Kurve 16 gekennzeichnet. Der Beginn des Signalanstiegs ist mit dem Bezugszeichen 17 markiert. Dem in Fig. 2A gezeigten und mit der Kurve 16 gekennzeichneten Hauptsignal folgen nachfolgend noch schwächere Signalechos, die durch Störungen hervorgerufen werden können.

Zur Bestimmung der Laufzeit eines Ultraschallimpulses wird die Amplitude des Empfangs Signals auf einen vorgegebenen konstanten Amplitudenwert 18 ausgesteuert bzw. normiert.

Mittels eines in der Auswerteeinrichtung 7 vorhandenen

Schwellwertkomparators wird das Signal überwacht und das

Überschreiten eines als Schwellwert 19 gekennzeichneten, vorgegebenen zweiten Pegels erkannt. Der Moment des

Überschreitens des Schwellwerts 19 ist in Fig. 2A mit dem

Bezugszeichen 2OA gekennzeichnet.

Dem Schwellwertkomparator ist zeitlich nachgeschaltet ein Nulldurchgangskomparator, der präzise die Laufzeit des Signals genau zum nächsten darauf folgenden, beispielsweise vom Negativen ins Positive verlaufenden Nulldurchgang 2 IA des Signals detektiert.

Vom tatsächlichen Beginn des Signalanstiegs (Bezugszeichen 17) bis zum Nulldurchgang 21 ist ein Zeitraum 22A verstrichen, der einem vorgegebenen Signal-Offset entsprechen sollte. Wenn daher vom Ultraschallwandler 6 die Signallaufzeit vom Senden eines Impulses bis zum Nulldurchgang 21 A des Signalechos ermittelt worden ist, wird noch der Signal-Offset-Zeitraum 22A abgezogen, um die tatsächliche Laufzeit des Signals vom Beginn des Sendens bis zum Beginn des Signalanstiegs 17 zu bestimmen.

Um die Präzision dieser Messung zu erhalten, ist es erforderlich, dass der vorgegebene Zeitraum 22 stets gleich ist bzw. von dem

Signalecho eingehalten werden kann. Dazu ist es erforderlich, dass der Schwellwertkomparator bei jeder Messung die gleiche definierte Halbwelle (Überschreiten des Schwellwerts zum

Zeitpunkt 20) erfasst. Um dies zu erreichen, muss die Kurve für den Signalanstieg 16 (Anstiegsflanke) jeweils den gleichen

Steigungsverlauf aufweisen und möglichst steil sein.

Durch die oben beschriebenen Interferenzen und Signalverbreiterungen kommt es jedoch zu stark wechselnden Signalformen, wie insbesondere in Fig. 2B gezeigt ist. Das dortige Echosignal ist vor allem im Anstiegsverlauf stark deformiert und zeitlich gestreckt. Der Zeitpunkt 2OB des Überschreitens des Schwellwerts erfolgt im Vergleich zu Fig. 2A deutlich später. Dementsprechend wird auch der Nulldurchgang 2 IB erheblich später detektiert. Der sich daraus ergebende Zeitraum 22B für den Signal-Offset liegt erheblich über dem (korrekten) Zeitraum 22A.

Da jedoch der dem Zeitraum 22 entsprechende Signal-Offset in dem Ultraschallwandler 6 bzw. der Auswerteeinrichtung 7 vorgegeben sein muss und damit für alle Messungen konstant ist, kann die tatsächliche Laufzeit des Ultraschallsignals nicht mehr präzise bestimmt werden. Eine Subtraktion des beispielsweise vorgegebenen Signal-Offset-Zeitraums 22A von dem Zeitpunkt für den Nulldurchgang 2 IB würde - wie leicht erkennbar ist - nicht die Bestimmung des tatsächlichen Beginns des Signalanstiegs 17 ermöglichen.

Der Schwellwertkomparator würde daher bei stark wechselnden Signalformen an verschiedenen Halbwellen zu unterschiedlichen Zeiten 2OA, 2OB auslösen und dementsprechend einen Fehler 23 generieren.

Die Schwingungsdauer eines Ultraschallsignals mit beispielsweise 1 ,25 MHz beträgt 800 ns, was bei einer Schallgeschwindigkeit des Mediums von z.B. 1.500 m/s einer Wellenlänge von 1 ,2 mm entspricht. Es hat sich herausgestellt, dass sich das Empfangssignal durch die genannten Interferenzen so stark verformen kann, dass es zu einer Fehldetektion des Schwellwertkomparators um etliche, beispielsweise fünf Wellenzüge kommen kann. Dies entspricht einer Distanz von 12 mm bzw. einer Ungenauigkeit bei der Messung der Kolbenposition in Höhe der halben bestimmten Fehldistanz, also von 6 mm.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Bestimmen der Position eines Kolbens in einem Zylinder anzugeben, mit der eine präzisere Messung möglich ist. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Eine Vorrichtung zum Bestimmen der Position eines Kolbens in einem Zylinder weist eine Ultraschalleinrichtung zum Senden von Ultraschallsignalen in das Innere des Zylinders und Empfangen von von dem Kolben reflektierten Ultraschallsignalen auf. Die Signale werden im Inneren des Zylinders in eine Richtung im Wesentlichen senkrecht auf eine Stirnfläche des Kolbens geführt und von dort reflektiert. Auf der Stirnfläche des Kolbens ist ein Vorsprung ausgebildet, der eine Stirnfläche aufweist, die um eine bestimmte Höhe gegenüber der restlichen Stirnfläche des Kolbens versetzt ist. Die Stirnfläche des Vorsprungs kann zu der Stirnfläche des Kolbens parallel stehen. Sie muss sich allerdings deutlich von der restlichen Stirnfläche des Kolbens abheben. Insbesondere ist die Stirnfläche des Vorsprungs derart gestaltet, dass der Vorsprung in jeder im Betrieb erreichbaren Kolbenstellung isoliert vorhanden ist, also dass eine an die Stirnfläche des Vorsprungs angrenzende, zu der Stirnfläche des Kolbens führende Seitenfläche des Vorsprungs frei steht und insbesondere nicht unmittelbar an eine Innenfläche des Zylinders angrenzt.

Weiterhin ist eine Auswerteeinrichtung vorhanden, zum Auswerten einer Laufzeit der Ultraschallsignale von der Ultraschalleinrichtung zu der Stirnfläche des Vorsprungs und wieder zurück zu der Ultraschalleinrichtung, sowie zum Bestimmen der Position des Kolbens aufgrund dieser Laufzeit der Ultraschallsignale.

Der auf der Stirnfläche des Kolbens, die im Wesentlichen die Ultraschallsignale reflektieren soll, ausgebildete Vorsprung bzw. Fortsatz bildet somit eine gegenüber der Stirnfläche des restlichen Kolbens versetzte weitere Stirnfläche, die etwas näher zu der Ultraschalleinrichtung angeordnet ist. Da der Vorsprung in jeder Kolbenstellung isoliert vorhanden sein soll, kann er auch in den Endstellungen des Kolbens nicht in die Nähe einer Innenfläche des Zylinders, z.B. an einen von dem Zylinder gebildeten Anschlag gelangen. Vielmehr bildet der Vorsprung die separate Stirnfläche, die, wie sich herausgestellt hat, in dem Ultraschall-Echosignal mit großer Genauigkeit identifiziert werden kann.

Gegenüber der am Vorsprung vorhandenen, erhabenen Stirnfläche ist die restliche Stirnfläche des Kolbens entsprechend ausgeformt, so dass eine an die Rohrinnenwand des Zylinders angrenzende, zurückgesetzte Kolbenfläche entsteht. Die Stirnfläche des Vorsprungs kann dabei parallel und direkt gegenüber einer Abstrahlfläche der Ultraschalleinrichtung angeordnet sein. Insbesondere können die Mittelachsen der Stirnfläche des Vorsprungs und der Abstrahlfläche auf einer gleichen Achse ausgerichtet sein.

Durch die Anordnung wird bei entsprechender Wahl des Durchmessers der Stirnfläche des Vorsprungs und ihrer Höhe gegenüber der restlichen Stirnfläche des Kolbens erreicht, dass alle Signalanteile, die von der Ultraschalleinrichtung wegen des beugungsbedingten Öffnungswinkels z.B. einem Schallpfad in der Nebenrichtung folgen, über die zurückgesetzte Kolben-Ringfläche laufen und im Vergleich zu den Signalanteilen, die einer Hauptrichtung folgen, räumlich und damit auch zeitlich versetzt werden, wodurch sie verspätet an der Ultraschalleinrichtung auftreffen und keine Interferenz des relevanten Echosignals bewirken.

Als Resultat ergeben sich Echosignale, deren erste Anstiegsflanken unabhängig von der Stellung des Kolbens im Zylinderrohr identisch sind. Damit wird eine genaue Erkennung der Anstiegsflanke eines Ultraschallsignals mit einem Schwellwertkomparator möglich.

Die Ultraschalleinrichtung kann einen Ultraschallwandler zum Senden und Empfangen der Ultraschallsignale aufweisen. Gegebenenfalls können für das Senden und Empfangen der Ultraschallsignale auch getrennte Einrichtungen vorgesehen werden. Der Vorsprung bzw. insbesondere die Stirnfläche des Vorsprungs kann achsensymmetrisch zu einer Hauptachse des Kolbens ausgebildet sein.

Dementsprechend kann der Vorsprung bzw. insbesondere die Stirnfläche des Vorsprungs einen kreisförmigen oder einen ringförmigen Grundriss auf der restlichen Stirnfläche des Kolbens einnehmen.

Der Vorsprung kann integraler Bestandteil des Kolbens sein oder auch als separates Bauelement auf dem restlichen Kolben befestigt, z.B. aufgeschraubt werden. Dementsprechend kann der Vorsprung aus dem gleichen Material wie der Kolben, aber auch aus einem anderen Material bestehen.

Der Durchmesser des Vorsprungs kann wenigstens dem Durchmesser einer wirksamen Sendefläche des

Ultraschallwandlers, also der Abstrahlfläche entsprechen. Damit ist eine ausreichend große Stirnfläche des Vorsprungs gegeben, die in genügendem Maße Ultraschallsignale reflektieren kann.

Der Durchmesser des Vorsprungs sollte höchstens einem für die Führung des Kolbens maßgeblichen Innendurchmesser des Zylinders abzüglich dem Durchmesser der Sendefläche /Abstrahlfläche des Ultraschallwandlers entsprechen. Jedenfalls sollte der Durchmesser des Vorsprungs nur so groß sein, dass immer noch ein ausreichender Abstand des Vorsprungs bzw. seiner Stirnfläche zu der den Kolben führenden Innenwandung des Zylinders besteht, um die dort entstehenden Stör-Echosignale zu vermeiden.

Die Höhe des Vorsprungs, nämlich ein Abstand zwischen der Stirnfläche des Vorsprungs und der restlichen Stirnfläche des Kolbens kann wenigstens einer halben Anstiegszeit des Ultraschallsignals multipliziert mit der maximal möglichen Schallgeschwindigkeit in einem von dem Kolben und dem Zylinder eingeschlossenen Medium entsprechen. Bei Einhaltung dieser Vorschrift ist es gewährleistet, dass die von der Stirnfläche des Vorsprungs reflektierten Impulse rechtzeitig vor anderen Echosignalen zurück zum Ultraschallwandler gelangen und auf diese Weise nicht durch Interferenzen oder andere Effekte gestört werden können. Bei einem geringeren Vorsprung, also einem kleineren Abstand zwischen der Stirnfläche des Vorsprungs und der des Kolbens ist eine saubere Trennung der Signale nicht mehr ohne Weiteres möglich.

Eine Obergrenze für die Höhe des Vorsprungs gibt es in physikalischer Hinsicht nicht. Jedoch wird es das Bestreben sein, den Bauraum nicht ohne weiteren Nutzen unnötig durch Verlängern des Kolbens und des Zylinders zu vergrößern.

Auf der Innenseite des Zylinders kann ein Anschlag vorgesehen sein, zum Anschlagen der restlichen Stirnfläche des Kolbens und damit Definieren einer Endstellung für den Kolben. Der Anschlag kann derart gestaltet sein, dass dann, wenn sich der Kolben in der Endstellung befindet, der Teil der restlichen Stirnfläche des Kolbens, der nicht den Anschlag berührt, Kontakt zu dem Medium hat. Somit ist auch in der Endstellung, bei der ein Teil der Stirnfläche des Kolbens an dem Anschlag anliegt, der Vorsprung vollständig von dem Medium umgeben, so dass auch in dieser Position Ultraschallsignale, die von dem Vorsprung reflektiert werden, empfangen und verarbeitet werden können. Auch in dieser Kolbenstellung soll demnach der Vorsprung isoliert vorhanden sein und nicht durch Anlage an eine Anschlagfläche in seiner Wirkung aufgehoben werden.

Das Medium kann ein übliches Fluid sein, z.B. Hydrauliköl, Wasser oder Gas (Luft).

Es kann zweckmäßig sein, dass dann, wenn sich der Kolben in der Endstellung befindet, zwischen dem Vorsprung des Kolbens und dem Anschlag des Zylinders ein auf einer Seite durch einen Teil der Stirnfläche des Kolbens begrenzter Ringspalt vorhanden ist. Der Ringspalt ermöglicht eine deutliche konstruktive Trennung zwischen dem Vorsprung bzw. der Stirnfläche des Vorsprungs einerseits und dem zum Zylinder gehörenden Anschlag andererseits , um dementsprechend reflektierte Echosignale unterscheiden zu können. Die Ultraschalleinrichtung kann eine Axial-Ultraschalleinrichtung sein und an einem stirnseitigen Ende des Zylinders angeordnet werden. Die Ultraschallsignale werden dann von dem Ultraschallwandler im Wesentlichen axial entlang der Hauptrichtung in den Zylinder gesendet.

Die Ultraschalleinrichtung kann jedoch auch eine Umlenkeinrichtung aufweisen, zum Umlenken der von dem Ultraschallwandler gesendeten Ultraschallsignale hin zu der Stirnfläche des Kolbens bzw. zum Umlenken der von der Stirnfläche des Kolbens reflektierten Ultraschallsignale zurück zu dem Ultraschallwandler. Als Stirnfläche des Kolbens ist hierbei stets die gesamte Stirnfläche, also auch einschließlich der Stirnfläche des Vorsprungs auf dem Kolben zu verstehen. Die Umlenkeinrichtung stellt also sicher, dass die Ultraschallsignale nicht gradlinig von dem Ultraschallwandler zu der Stirnseite des Kolbens geführt werden müssen, sondern auch an wenigstens einer Stelle eine Umlenkung erfahren können.

Die Ultraschalleinrichtung kann eine Quer-Ultraschalleinrichtung sein und seitlich an dem Zylinder angeordnet werden. Die Ultraschallsignale werden dann von dem Ultraschallwandler im Wesentlichen quer zu einer Hauptachsrichtung des Zylinders in den Zylinder gesendet und durch die Umlenkeinrichtung um einen Winkel von z.B . 90° in Richtung des Kolbens umgelenkt. Diese Anordnung ermöglicht es, dass die Ultraschalleinrichtung nicht am stirnseitigen Ende längs des Zylinders platziert wird, sondern seitlich, z.B. auf einer Mantelfläche des Zylinders, wobei die Ultraschallsignale dann im Inneren des Zylinders umgelenkt werden, um den Kolben in der üblichen Weise senkrecht zu treffen.

Der Kolben kann mit einer Kolbenstange verbunden sein, die axial an einem stirnseitigen Ende aus dem Zylinder geführt wird. An dem stirnseitigen Ende des Zylinders, an dem die Kolbenstange nicht ausgeführt wird, kann die Axial-Ultraschalleinrichtung angeordnet werden, während in einem Bereich des stirnseitigen Endes des Zylinders, an dem die Kolbenstange ausgeführt wird, die Quer-Ultraschalleinrichtung vorgesehen ist. Auf diese Weise kann die Position des Kolbens von beiden Seiten gleichzeitig erfasst und damit mit höherer Genauigkeit bestimmt werden. Die Quer-Ultraschalleinrichtung ermöglicht es, Ultraschall auch auf der Seite des Kolbens einzuleiten, die bereits weitgehend durch die Kolbenstange ausgefüllt ist. Außerdem kann der Messbereich, nämlich die Messlänge verlängert bzw. eine Redundanz der Messsysteme für erhöhte Sicherheitsanforderungen erreicht werden.

Der Kolben kann in einer Hauptkammer des Zylinders axial bewegbar sein und an seiner Stirnfläche eine Stufe aufweisen, auf der wiederum der Vorsprung ausgebildet ist. In dem Zylinder kann entsprechend eine stirnseitig an die Hauptkammer angrenzende Teilkammer ausgebildet sein, deren Innengeometrie derart gestaltet ist, dass die Stufe wenigstens teilweise in die Teilkammer eindringen kann und die Teilkammer dadurch durch die Stufe von der Hauptkammer abgetrennt ist. Das bedeutet, dass die Stufe zwar zunächst eine ähnliche Form wie der Vorsprung haben kann und von der restlichen Stirnfläche des Kolbens vorsteht. Jedoch ist die Stufe nicht in jeder Betriebsstellung des Kolbens isoliert vorhanden, sondern kann kurz vor Erreichen einer Endstellung des Kolbens weitgehend passgenau in die Teilkammer eindringen und dabei - von einem Schmierfilm abgesehen - die Teilkammer weitgehend von der Hauptkammer trennen. Die Stufe berührt die Teilkammer dabei bzw. zwischen der Stufe und der Wandung der Teilkammer verbleibt ein nur noch sehr kleiner Spalt. Auf diese Weise lässt sich eine Endlagendämpfung des Kolbens erreichen, wenn das in der Teilkammer eingeschlossene Fluid nur noch langsam aus der Teilkammer entweichen kann.

Auch dann, wenn die Stufe in die Teilkammer eingedrungen ist, bleibt hingegen der Vorsprung isoliert vorhanden, so dass der Vorsprung nach wie vor auf dem Kolben bzw. der Stufe frei steht.

Die Ultraschalleinrichtung kann eine Referenzfläche aufweisen, deren Abstand zu dem Ultraschallwandler vorbestimmt ist. Durch die Auswerteeinrichtung kann aufgrund der Laufzeit eines Ultraschallsignals zwischen dem Ultraschallwandler und der Referenzfläche eine Schallgeschwindigkeit in dem Medium ermittelt werden, wie dies z.B. in der DE 103 22 718 Al beschrieben ist. Somit kann die Auswerteeinrichtung aufgrund der Laufzeit zur Referenzfläche stets aktuell die Schallgeschwindigkeit bestimmen, auch wenn sich die Schallgeschwindigkeit z.B. durch Temperatur- oder Druckänderungen des Mediums oder durch das Medium selbst ändert. Damit lässt sich eine hohe Messgenauigkeit auch bei sich ändernden Messbedingungen erreichen.

Die Referenzfläche kann mit dem Ultraschallwandler eine bauliche Einheit bilden.

Ebenso ist es möglich, dass die Referenzfläche in die Umlenkeinrichtung integriert ist, wenn eine solche vorhanden ist.

Eine andere Vorrichtung zum Bestimmen der Position eines Kolbens in einem Zylinder weist ebenfalls eine Ultraschalleinrichtung auf, wobei an der Ultraschalleinrichtung eine Umlenkeinrichtung vorhanden ist, zum Umlenken der von der Ultraschalleinrichtung gesendeten Ultraschallsignale hin zu der Stirnfläche des Kolbens oder zum Umlenken der von der Stirnfläche des Kolbens reflektierten Ultraschallsignale zurück zu der Ultraschalleinrichtung.

Diese Vorrichtung bietet eine gute Ergänzung zu der oben beschriebenen Vorrichtung, bei der die Stirnfläche des Kolbens einen Vorsprung trägt. Die mit der Umlenkeinrichtung ausgestattete Ultraschalleinrichtung erfordert es nicht, dass an dem Kolben ein derartiger Vorsprung vorhanden ist, wenn die Vorrichtung insbesondere auf der Kolbenstangenseite eines Zylinders eingesetzt wird. Dort ist der Raum zwischen Kolben und Zylinder weitgehend durch die Kolbenstange ausgefüllt, so dass nur ein relativ schmaler Ringraum für das Medium und damit die Ultraschallsignale zwischen der Innenwandung des Zylinders, der rückwärtigen Stirnseite des Kolbens und der Kolbenstange verbleibt. Es hat sich herausgestellt, dass die Interferenzeffekte in einem derart schmalen Raum geringer und damit tolerierbar sind. Diese und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend anhand von Beispielen unter Zuhilfenahme der begleitenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung durch eine bekannte

Kolben-Zylindereinheit mit Ultraschalleinrichtung;

Fig. 2 Ultraschall-Empfangssignale bei ungestörtem Empfang

(Fig. 2A) und gestörtem Empfang (Fig. 2B);

Fig. 3 eine Kolben-Zylindereinheit mit Ultraschalleinrichtung;

Fig. 4 Signalverläufe von Echosignalen;

Fig. 5 eine andere Ausführungsform einer Kolben- Zylindereinheit mit Ultraschalleinrichtung;

Fig. 6 wiederum eine andere Ausführungsform einer Kolben- Zylindereinheit; und

Fig. 7 eine weitere Ausführungsform einer Kolben-

Zylindereinheit.

Anhand von Fig. 1 wurde oben bereits eine bekannte Kolben- Zylindereinheit mit Ultraschallmessvorrichtung beschrieben. Sofern bei den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen identische oder ähnliche Bauelemente eingesetzt werden, werden daher gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform einer Kolben- Zylindereinheit ist auf einer einem Ultraschallwandler 6 zugewandten Stirnfläche 4 eines Kolbens 2 ein Vorsprung 30 vorgesehen. Der Vorsprung 30 weist eine Stirnfläche 31 auf, die um einen Abstand bzw. eine Höhe 32 von der restlichen Stirnfläche 4 des Kolbens 2 abgesetzt ist. Von der Stirnfläche 31 verläuft eine zylinderförmige Seitenfläche 31a zur restlichen Stirnfläche 4 des Kolbens 2. Der Vorsprung 30 bildet insofern eine Warze auf dem Kolben 2. Die restliche Stirnfläche 4 des Kolbens 2 grenzt an eine Innenwandung 33 des Zylinders 1 an und ist gegenüber der Stirnfläche 31 des Vorsprungs 30 axial zurückgesetzt.

Die Stirnfläche 31 des Vorsprungs 30 ist parallel und direkt gegenüber einer Sende- bzw. Abstrahlfläche 34 des Ultraschallwandlers 6 angeordnet. Dementsprechend sind die Mittelachsen der Stirnfläche 31 und der Abstrahlfläche 34 auf einer gemeinsamen Achse 35 angeordnet, die im gezeigten Beispiel gleichzeitig der Hauptachse des Zylinders 1 bzw. des Kolbens 2 entspricht. Die Abstrahlfläche 34 kann einen Durchmesser zwischen 6 und 20 mm aufweisen.

Durch die Anordnung wird bei entsprechender Wahl eines Durchmessers 36 der Stirnfläche 3 1 sowie der Höhe 32 der Stirnfläche 31 erreicht, dass die Signalanteile, die vom Ultraschallwandler 6 aufgrund des beugungsbedingten Öffnungswinkels dem Schallpfad entlang der Nebenrichtung 15 folgen, über die ringförmige Stirnfläche 4 des Kolbens 2 laufen und im Vergleich zu den Signalanteilen, die der Hauptrichtung 14 folgen, räumlich und damit auch zeitlich versetzt werden, wodurch die Echosignale verspätet am Ultraschallwandler 6 auftreffen, so dass es zu keiner Interferenz im Bereich des Signalanstiegs kommt. Als Resultat ergeben sich Echosignale, deren erste Anstiegsflanke unabhängig von der Stellung des Kolbens 2 im Zylinder 1 identisch ist, wie später noch anhand von Fig. 4 erläutert wird. Damit wird eine genaue Erkennung der Anstiegsflanke des Ultraschallsignals mit einem

Schwellwertkomparator ermöglicht.

Der Durchmesser 36 der Stirnfläche 31 sollte wenigstens einem Durchmesser 34b der Abstrahlfläche 34 des Ultraschallwandlers 6 entsprechen, so dass keine Nutzsignalanteile, die zwischen dem Ultraschallwandler 6 und dem Vorsprung 30 direkt hin- und herlaufen, verloren gehen.

Andererseits sollte der Durchmesser 36 des Vorsprungs 30 höchstens einem Innendurchmesser 37 des Zylinders 1 , also der Innenwandung 33, abzüglich dem Durchmesser der Abstrahlfläche 34 des Ultraschallwandlers 6 entsprechen, weil ansonsten Signalanteile, die der Nebenrichtung 15 folgen, wieder über den Vorsprung 30 laufen und die oben beschriebenen Interferenzen verursachen.

Für den Abstand bzw. die Höhe 32 der Stirnfläche 31 des Vorsprungs 30 gegenüber der restlichen Stirnfläche 4 des Kolbens

2 gilt, dass diese mindestens der halben Anstiegszeit des Ultraschallsignals multipliziert mit der maximalen Schallgeschwindigkeit im Medium entsprechen soll. Erstreckt sich beispielsweise die Anstiegsflanke des Ultraschallsignals über vier Periodendauern, so ergibt sich bei einer Wellenlänge von 1 ,2 mm (bei einer Signalfrequenz von 1 ,25 MHz und einer Schallgeschwindigkeit von 1.500 m/ s) eine minimal notwendige Höhe 32 des Vorsprungs 30 von (4 * 1 ,2 mm)/ 2 = 4,8 mm/2 = 2,4 mm. Eine Höhe 32 von z.B. 3 mm wäre daher voll ausreichend.

An der Innenwandung 33 des Zylinders 1 ist gemäß Fig. 3 ein ringförmiger Anschlag 38 vorgesehen, gegen den die Stirnfläche 4 des Kolbens 2 anschlagen kann.

Durch die Gestaltung des Anschlags 38 wird erreicht, dass zwischen dem Vorsprung 30 und dem ringförmigen Anschlag 38 ein Ringspalt mit der Breite 39 bleibt, auch dann, wenn der Kolben 2 am Anschlag 38 anliegt. Der Ringspalt 39 sorgt dafür, dass stets das Medium, beispielsweise Hydrauliköl, ungehindert zu der Leitung 1 1 fließen kann. Zum anderen wird durch den Ringspalt 39 sichergestellt, dass der Vorsprung 30 isoliert bleibt, also sich nicht in die Nähe der Innenwandung 33 des Zylinders 1 erstreckt. Ohne den Ringspalt 39 würde die oben erläuterte Gefahr von Interferenzbildung bestehen.

Fig. 4 zeigt Echosignale für zwei unterschiedliche Kolbenstellungen im Zylinder 1 (Fig. 4A und Fig. 4B). Es ist deutlich erkennbar, dass der Signalanstieg 16 unabhängig von der Kolbenstellung nahezu identisch ist. Auch der jeweilige tatsächliche Offset-Zeitraum 22 unterscheidet sich nicht. Die Frequenz des Ultraschallsignals kann z.B . zwischen 300 kHz und

3 MHz liegen. Im weiteren zeitlichen Verlauf der Ultraschallsignale sind Signalanteile 40 erkennbar, die von Signalen stammen , die Schallpfaden über die Nebenrichtungen 15 gefolgt sind und nun zeitlich versetzt zu der ersten Anstiegsflanke 16 ankommen. Diese Signalanteile 40 lassen sich deutlich von den für die Bestimmung der laufzeitrelevanten Signalanteilen des Signalanstiegs 16 unterscheiden, so dass eine genaue Erkennung des Ultraschallsignals ermöglicht wird.

Der Vorsprung 30 bzw. die von dem Vorsprung 30 getragene Stirnfläche 31 ist bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform kreisrund ausgebildet.

Wenn der Abstand zwischen dem Kolben 2 und dem Signalwandler 6 größer wird, werden die von der restlichen Stirnfläche 4 des Kolbens 2 reflektierten Signalanteile im Verhältnis stärker als die von der Stirnfläche 31 des Vorsprungs 30. Dementsprechend besteht die Möglichkeit, dass das erste Anstiegssignal, dass durch den Signalanstieg 16 gekennzeichnet ist, geringer wird als z.B. die Signalanteile 40, die unter anderem von der Stirnfläche 4 des Kolbens 2 reflektiert werden können. Um in diesem Fall dennoch eine präzise Erkennung des dann verhältnismäßig schwächeren Signalanteils am Signalanstieg 16 zu ermöglichen, wird der stärkere Signalanteil 40 für eine Groberkennung der Position des Kolbens 2 herangezogen. Dabei wird unterstellt, dass der Signalanstieg 16 von der Stirnfläche 31 des Vorsprungs 30 einige Perioden früher am Signalwandler 6 detektiert wird, so dass das gesamte Echosignal entsprechend ausgewertet werden kann. Insbesondere kann von dem Eingang des Signalanteils 40 ausgehend geprüft werden, ob vorher bereits ein schwächerer Signalanstieg 16 festgestellt werden kann.

Fig. 5 zeigt eine ähnliche Anordnung wie Fig. 3 , bei der jedoch der Vorsprung 30 kreisringförmig gestaltet ist und dementsprechend auch die Stirnfläche 31 eine Kreisringform aufweist. Der Vorsprung 30 bzw. die Stirnfläche 31 bilden somit einen konzentrischen Ring um die Hauptachse 35 des Zylinders 1. Der Ultraschallwandler 6 ist außermittig zu der Hauptachse 35 angeordnet und derart platziert, dass seine kreisrunde Abstrahlfläche 34 gegenüber von einem Teil der Stirnfläche 31 des Vorsprungs 30 steht. Dadurch steht dem Ultraschallwandler 6 unabhängig von der rotatorischen Ausrichtung des Kolbens 2 stets eine entsprechende erhabene Reflexionsfläche gegenüber. Dies kann beispielsweise dann sinnvoll sein, wenn in der zentralen Position auf der Hauptachse 35 kein Platz zur Positionierung des Ultraschallwandlers 6 zur Verfügung steht.

Die ringförmige Stirnfläche 31 mit dem Vorsprung 30 kann, wie Fig. 5 zeigt, auf der Kolbenseite vorgesehen werden. Fig. 6 zeigt eine Alternative, bei der die ringförmige Stirnfläche 31 auf der so genannten "Stangenseite", also auf der Seite der Kolbenstange 3 angebracht ist. Zur Unterscheidung des Vorsprungs auf der Kolbenseite (in Fig. 6 Bezugszeichen 30A) wird der stangenseitige Vorsprung mit dem Bezugszeichen 3OB gekennzeichnet.

Bei dem in Fig. 6 gezeigten Einbau eines Ultraschallwandlers auf der Seite der Kolbenstange 3 ist es aus baulichen Gründen vorteilhaft, dass der durch einen konzentrischen Ring gebildete

Vorsprung 3OB innen durch die Kolbenstange 3 radial begrenzt wird. Lediglich außen sollte ein Ringspalt 41 bestehen, um die gewünschte Abgrenzung gegenüber der Innenwandung des Zylinders 1 zu erreichen.

Entsprechend dem oben bereits erläuterten Anschlag 38 ist auf der Stangenseite ein weiterer ringförmiger Anschlag 38B vorgesehen.

Der Einbau auf der Seite der Kolbenstange 3 kann beispielsweise bei Gleichgangzylindern erforderlich sein, die beidseitig mit einer beweglichen Kolbenstange 3 bestückt sind, so dass hier nur noch ein außeraxialer Einbau des Ultraschallwandlers 6 möglich ist.

Für den Einbau des Ultraschallwandlers 6 steht auf der Seite der Kolbenstange 3 im Zylinder 1 meist nicht so viel Bauraum zur Verfügung, dass der Ultraschallwandler parallel oder koaxial zu der Hauptachse 35 ausgerichtet werden kann. Daher zeigt Fig. 6 als Variante einen Ultraschallwandler 6B , der ebenfalls mit einer Auswerteeinrichtung 7B gekoppelt ist. Der

Ultraschallwandler 6B ist seitlich am Zylinder 1 im Bereich von dessen Stirnseite angebracht und leitet Ultraschallsignale zunächst radial in den Zylinderinnenraum, wo sie an einem als

Umlenkeinrichtung dienenden Umlenkspiegel 42 um 90° derart umgelenkt werden, dass sie nachfolgend parallel zu der

Hauptachse 35 in Richtung des Vorsprungs 3OB verlaufen, wie auch der Pfeil 43 zeigt.

In dem Umlenkspiegel 42 kann zusätzlich noch eine Referenzfläche 44 integriert sein, die der oben beschriebenen Referenzfläche 9 entspricht und zur Messung der Schallgeschwindigkeit in dem Medium genutzt werden kann.

Mit Hilfe des querstehenden Ultraschallwandlers 6B und des Umlenkspiegels 42 ist es möglich, Ultraschallwellen auch in einen sehr schmalen Ringspalt 41a zwischen der Kolbenstange 3 und der Innenwandung 33 des Zylinders 1 einzuleiten. Die von dem Vorsprung 3OB reflektierten Ultraschallsignale werden über den Umlenkspiegel 42 wieder zurück zu dem Ultraschallwandler 6B geführt, wo die Laufzeit bestimmt werden kann.

Fig. 7 zeigt eine Ausführung, bei der auf dem Kolben 2 eine Stufe 45 ausgebildet ist, die ihrerseits wiederum den Vorsprung 30 trägt.

Der Durchmesser der Stufe 45 ist mit einem Innendurchmesser 46 einer Teilkammer 47 derart abgestimmt, dass die Stufe 45 in die Teilkammer 47 eindringen kann und dadurch die Teilkammer 47 von einer Hauptkammer 48 des Zylinders 1 abtrennt. Aufgrund von getrennten Leitungen I IA (zur Teilkammer 47) und I IB (zur Hauptkammer 48) ist es möglich, die Bewegung des Kolbens 2 kurz vor Erreichen seiner stirnseitigen Endlage (in Fig. 7 die linke Endlage) zu dämpfen. Dies ist insbesondere möglich, wenn der Ölabfluss aus der Teilkammer 47 über die Leitung 1 IA nur verzögert erfolgen kann. Für die Funktion dieser Endlagendämpfung, die in ähnlicher Form auch in der US 4,543,649 beschrieben ist, setzt voraus, dass die Stufe 45 weitgehend passgenau auf den Innendurchmesser 46 der Teilkammer 47 abgestimmt ist, so dass nur geringe Ölmengen noch aus der Teilkammer 47 in die Hauptkammer 48 strömen können.

Der Vorsprung 30 hingegen ist deutlich abgesetzt und dadurch isoliert. Zwischen dem Vorsprung 30 und dem Außendurchmesser der Stufe 45 ist ein breiter Ringspalt gegeben, der die Trennung des Vorsprungs 30 von Innenwänden des Zylinders 1 auch dann ermöglicht, wenn die Stufe 45 in die Teilkammer 47 eingedrungen ist.

Der Durchmesser des Vorsprungs 30 darf hierbei maximal dem Innendurchmesser 46 der Teilkammer 47 abzüglich dem Durchmesser der Abstrahlfläche 34 des Ultraschallwandlers 6 entsprechen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Vorrichtung zum Bestimmen der Position eines Kolbens (2 ) in einem Zylinder ( 1 ), mit einer Ultraschalleinrichtung (5 ) zum Senden von Ultraschallsignalen in das Innere des Zylinders ( 1 ) und Empfangen von von dem Kolben (2) reflektierten Ultraschallsignalen, wobei die Signale im Inneren des Zylinders ( 1) in eine Richtung im Wesentlichen senkrecht auf eine Stirnfläche (4) des Kolbens (2) geführt und von dort reflektiert werden; auf der Stirnfläche (4) des Kolbens (2) ein Vorsprung (30) ausgebildet ist, der eine Stirnfläche (31 ) aufweist, die um eine bestimmte Höhe (32) gegenüber der restlichen Stirnfläche (4) des Kolbens (2) versetzt ist; der Vorsprung (30) in jeder im Betrieb erreichbaren Kolbenstellung isoliert vorhanden ist, derart, dass eine an die Stirnfläche (31 ) des Vorsprungs (30) angrenzende, zu der Stirnfläche (4) des Kolbens (2) führende Seitenfläche (31 a) freisteht und nicht unmit- telbar an eine Innenfläche (33) des Zylinders ( 1 ) angrenzt; und wobei eine Auswerteeinrichtung (7) vorhanden ist, zum Auswerten einer Laufzeit der Ultraschallsignale von der Ultraschalleinrichtung (5) zu der Stirnfläche (31 ) des Vorsprungs (30) und wieder zurück zu der Ultraschalleinrichtung (5), und zum Bestimmen der Position des Kolbens (2) aufgrund dieser Laufzeit der Ultraschallsignale.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschalleinrichtung (5) einen Ultraschallwandler (6) zum Senden und Empfangen der Ultraschallsignale aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (30), insbesondere die Stirn- fläche (31 ) des Vorsprungs (30), achsensymmetrisch zu einer Hauptachse (35 ) des Kolbens (2) ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (30), insbesondere die Stirn- fläche (31) des Vorsprungs (30), einen kreisförmigen oder einen ringförmigen Grundriss auf der restlichen Stirnfläche (4) des Kolbens (2) einnimmt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der restlichen Stirnfläche (4) des Kolbens (2) den Vorsprung (30) radial außen umgibt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (30) integraler Bestandteil des Kolbens (2) ist oder als separates Bauelement auf dem restlichen Kolben (2) befestigt ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (36) des Vorsprungs (30) wenigstens dem Durchmesser (34b) einer wirksamen Sendefläche (34) des Ultraschallwandlers (6) entspricht.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (36) des Vorsprungs (30) höchstens einem für die Führung des Kolbens (2) maßgeblichen Innendurchmesser (37) des Zylinders (2) abzüglich dem Durchmesser der Sendefläche (34) des Ultraschallwandlers (6) entspricht.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (32) des Vorsprungs (30), nämlich ein Abstand zwischen der Stirnfläche (31) auf Vorsprung (30) und der restlichen Stirnfläche (4) des Kolbens (2) wenigstens einer halben Anstiegszeit des Ultraschallsignals ( 16) multipliziert mit der maximal möglichen Schallgeschwindigkeit in einem von dem Kolben (2) und dem Zylinder ( 1 ) eingeschlossenen Medium entspricht.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Innenseite (23) des Zylinders ( 1 ) ein Anschlag (38) vorgesehen ist, zum Anschlagen der restlichen Stirnfläche (4) des Kolbens (2) und damit Definieren einer Endstellung für den Kolben (2); und dass der Anschlag (38) derart gestaltet ist, dass dann, wenn sich der Kolben (2) in der Endstellung befindet, der Teil der restlichen Stirnfläche (4) des Kolbens (2), der nicht den Anschlag (38) berührt, Kontakt zu dem Medium hat.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn sich der Kolben (2) in der End- Stellung befindet, zwischen dem Vorsprung (30) und dem Anschlag (38) ein auf einer Seite durch einen Teil der Stirnfläche (4) des Kolbens (2) begrenzter Ringspalt (39) vorhanden ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschalleinrichtung (5) eine Axial-

Ultraschalleinrichtung (6) ist und an einem stirnseitigen Ende des Zylinders ( 1) angeordnet ist; und dass die Ultraschallsignale von dem Ultraschallwandler (6) der Axial-Ultraschalleinrichtung im wesentlichen axial in den Zylinder ( 1) gesendet werden.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschalleinrichtung (6B) eine Um- lenkeinrichtung (42) aufweist, zum Umlenken der von dem Ultraschallwandler (6B) gesendeten Ultraschallsignale hin zu der Stirnfläche (4) des Kolbens (2) oder zum Umlenken der von der Stirnfläche (4) des Kolbens (2) reflektierten Ultraschallsignale zurück zu dem Ultraschallwandler (6B).

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschalleinrichtung eine Quer-Ultraschalleinrichtung (6B) ist, die seitlich an dem Zylinder ( 1) angeordnet ist; - die Quer-Ultraschalleinrichtung (6B) einen Ultraschallwandler aufweist, mit dem die Ultraschallsignale im wesentlichen quer zu einer Hauptachsrichtung (35) des Zylinders ( 1 ) in den Zylinder ( 1 ) gesendet werden; und dass die Quer-Ultraschalleinrichtung (6B) eine Umlenkeinrichtung (42) aufweist, mit der die Ultraschallsignale um einen Winkel von 90 Grad in Richtung des Kolbens (2) umgelenkt werden.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (2) mit einer Kolbenstange (3) verbunden ist, die axial an einem stirnseitigen Ende aus dem Zylinder ( 1 ) geführt wird; - die Axial-Ultraschalleinrichtung (6) an einem stirnseitigen Ende des Zylinders ( 1 ) angeordnet ist, an dem nicht die Kolbenstange (3) ausgeführt wird; und dass die Quer-Ultraschalleinrichtung (6B) in einem Bereich des stirnseitigen Endes des Zylinders ( 1 ) angeordnet ist, an dem die Kolbenstange (3) ausgeführt wird.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (2) in einer Hauptkammer (48) des Zylinders ( 1 ) axial bewegbar ist; der Kolben (2) an seiner Stirnfläche (4) eine Stufe (45) aufweist, auf der wiederum der Vorsprung (30) ausgebildet ist; und dass in dem Zylinder ( 1 ) eine stirnseitig an die Hauptkammer (48) angrenzende Teilkammer (47) ausgebildet ist, deren Innengeometrie derart gestaltet ist, dass die Stufe (45) wenigstens teilweise in die Teilkammer (47) eindringen kann und die Teilkammer (47) dadurch durch die Stufe (45) von der Hauptkammer (48) abgetrennt ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschalleinrichtung (5) eine Referenzfläche (9; 44) aufweist, deren Abstand zu dem Ultraschallwandler (6) vorbe- stimmt ist; und dass durch die Auswerteeinrichtung (7) aufgrund der Laufzeit eines Ultraschallsignals zwischen dem Ultraschallwandler (6) und der Referenzfläche (9; 44) eine Schallgeschwindigkeit in dem Medium ermittelbar ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzfläche (9; 44) mit dem Ultraschallwandler (6) eine bauliche Einheit bildet.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzfläche (44) in die Umlenkeinrichtung (42) integriert ist.

20. Vorrichtung zum Bestimmen der Position eines Kolbens (2) in einem Zylinder ( 1 ), mit einer Ultraschalleinrichtung (5) zum Senden von Ultraschallsignalen in das Innere des Zylinders ( 1 ) und Empfangen von von dem Kolben (2) reflektierten Ultraschallsignalen, wobei die Signale im Inneren des Zylinders ( 1 ) in Richtung im Wesentlichen senkrecht auf eine Stirnfläche (4) des Kolbens (2) geführt werden; und wobei die Ultraschalleinrichtung (5) eine Umlenkeinrichtung (42) aufweist, zum Umlenken der von der Ultraschalleinrichtung (5 ) gesendeten Ultraschallsignale hin zu der Stirnfläche (4) des Kolbens (2) oder zum Umlenken der von der Stirnfläche (4) des Kolbens (2) reflektierten Ultraschallsignale zurück zu der Ultraschalleinrichtung (5).

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkeinrichtung (42) derart ausgestaltet ist, dass die Ultraschallsignale um einen Winkel von 90 Grad umgelenkt werden.