WO2012143171A1 - Kolbenspeicher mit vorrichtung zur positionsbestimmung eines in dem kolbenspeicher verlagerbaren trennelementes - Google Patents

Kolbenspeicher mit vorrichtung zur positionsbestimmung eines in dem kolbenspeicher verlagerbaren trennelementes Download PDF

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WO2012143171A1
WO2012143171A1 PCT/EP2012/053966 EP2012053966W WO2012143171A1 WO 2012143171 A1 WO2012143171 A1 WO 2012143171A1 EP 2012053966 W EP2012053966 W EP 2012053966W WO 2012143171 A1 WO2012143171 A1 WO 2012143171A1
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light
separating element
piston accumulator
measuring device
light source
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PCT/EP2012/053966
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Stefan Weiss
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Robert Bosch Gmbh
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids

Definitions

  • Piston accumulator with device for determining the position of a displaceable in the piston accumulator separating element
  • the present invention relates to a piston accumulator. STATE OF THE ART
  • Piston accumulators which are sometimes also referred to as hydraulic accumulators, can be used to store large amounts of energy hydraulically or pneumatically and, if necessary, to release them again quickly and easily.
  • piston accumulators are used in vehicles, where they can provide energy, for example, to a mobile hydraulics.
  • This energy can be provided, for example, in a non-powered state of the vehicle as a backup energy or support a drive of the vehicle, so that overall energy savings in the operation of the vehicle are possible.
  • piston accumulators are used to store energy generated, for example, during braking of wheels, and to provide it at a later time to a drive system of the vehicle, for example, to assist in accelerating the vehicle.
  • Such hydraulic hybrid systems are used in particular in trucks and buses.
  • Conventional piston accumulators as described for example in DE 10 2006 060 078 A1, have a mostly cylindrically shaped storage housing.
  • a divider separates two compartments that can receive compressible or non-compressible fluid.
  • the separating element is here displaced within the storage housing, so that the volume of the two fluid chambers can be varied.
  • the piston accumulator is designed such that in one of the fluid spaces, a compressible fluid is introduced, whereas in the other fluid space, a non-compressible fluid is introduced.
  • the compressible fluid is introduced in one of the fluid spaces, a compressible fluid is introduced, whereas in the other fluid space, a non-compressible fluid is introduced.
  • receiving space is on one side by the separating element and on an opposite side by a lid, which is also integral with the
  • Memory housing may be formed, sealed sealing.
  • the fluid space receiving the non-compressible fluid communicates with a suitable one
  • Valve system in communication, through which the non-compressible fluid in the room can flow in and out of the room.
  • the separator moves below the pressure caused by the fluid such that the fluid space containing the compressible fluid is reduced, thereby compressing the fluid contained therein. This allows energy to be stored in the compressed fluid. This energy can be re-supplied from the hydraulic hybrids system as needed by venting the non-compressible fluid.
  • a piston accumulator According to one aspect of the present invention, a piston accumulator
  • the measuring device has a light source, a light detector and a control / evaluation and is designed to determine the current position of the separator by a transit time measurement of light.
  • a basic idea here is that the position of the displaceable within the storage enclosure separating element can be determined optically and thus contactless.
  • optical measuring devices can be used, as they are already used in a similar way as laser distance measuring devices for
  • Measuring distances can be used, for example, within rooms.
  • the optical measuring device can have a laser as the light source. Light may be emitted from the light source in a direction toward the separation element, reflected there, and then detected by a light detector provided in the measurement device. Due to a transit time measurement of this light can be concluded that the current position of the separating element.
  • the control / evaluation electronics control the light source such that the emitted
  • Light intensity is modulated in time, so that the duration of the emitted light can be determined until detection due to a phase shift between the light emitted by the light source and the light detected by the light detector.
  • the position of the separating element within the storage housing can be determined quickly and with high precision.
  • the measuring device may be configured to transmit light for transit time measurement through one of the fluid spaces.
  • the storage housing may have an optically transparent element, such as a glass pane or another transparent material.
  • the measuring device including its light source can thus be mounted outside the storage housing and transmit light through the transparent element towards the displaceable separating element in the interior of the storage housing.
  • This can on the one hand be achieved that the measuring device in a simple manner outside of the storage enclosure can be attached and, for example, if necessary, easily maintained or replaced from the outside.
  • external influences such as, for example, light-absorbing contaminants within the light beam path can be largely avoided.
  • one of the fluid chambers may be configured to receive a gaseous fluid, whereas another of the fluid compartments may be
  • it may be configured to receive a liquid fluid.
  • a gas in this case, for example, nitrogen can be used.
  • a liquid a hydraulic fluid such as an oil can be used.
  • the measuring device may be advantageous to design in such a way that it transmits light through the fluid space which is designed to receive gas toward the separating element.
  • Gas usually has a low optical absorption and a low refractive index, so that a large part of the transmitted and reflected light at the separating element can strike the light detector and be detected there. Due to the low light losses within the gas-filled Fiuidraumes high signal strengths and especially good
  • Refractive index of the liquid may be more difficult to achieve a precise, reliable runtime measurement.
  • the optical measuring device may be attached to the storage case at a position corresponding to the displaceable separating member along its
  • the measuring device can be arranged such that the light emitted by it extends substantially parallel to the direction of displacement of the separating element. In this way, a simple evaluation of the transit time measurement and determination of the current position of the separating element can be achieved.
  • the separating element can be designed to reflect the light coming from the light source at least partially targeted towards the detector.
  • the directed to the measuring device surface of the separating element may have suitable optical properties.
  • the surface can be designed by suitable surface treatments such as, for example, coating the surface or smoothing the surface in such a way that as much light as possible can be reflected directly or diffusely.
  • the surface treatment may be, inter alia, tuned to properties of the light used by the measuring device, such as the wavelength of the light used.
  • the geometry of the surface of the separating element can be selected such that the light coming from the light source of the measuring device is directed specifically to the detector of the measuring device.
  • Fig. 1 shows a piston accumulator according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 2 shows an optical distance measuring device for use in a
  • Piston accumulator according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 1 shows a piston accumulator 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the piston accumulator 1 has a storage housing 3 in the form of a cylindrical tube. Within the storage housing 3, a separating element 5 along a displacement direction 7 is arranged displaceably. At its ends is that Storage enclosure 3 each with lids 9, 11 completed and with the help of
  • the separating element 5 can move within the storage housing 3 between the two covers 9, 11. There may be appropriate guides for that
  • Separating element 5 may be provided.
  • the outer contour of the separating element 5 may be adapted to the inner contour of the storage housing 3, that it comes to a guide during the displacement.
  • the separating element 5 separates an upper fluid space 17 from a lower fluid space 19.
  • an annular sealing element 21 is provided for sealing.
  • nitrogen is introduced and discharged into the upper fluid chamber 17 through a gas valve 23.
  • a hydraulic fluid can be introduced and removed into the lower fluid space 19 through a fluid connection 25. Since the hydraulic fluid is incompressible unlike the nitrogen, by introducing the hydraulic fluid, the piston-like separator 5 in the illustration shown in Fig. 1 can be displaced vertically upward, thereby compressing the nitrogen contained in the upper fluid space 17. In this case, mechanical energy is stored in the compressed nitrogen, which, if necessary by discharging nitrogen through the valve 23 or by draining
  • Hydraulikfiüsstechnik can be used by the liquid connection 25.
  • an optical measuring device 27 is provided on the cover 9. This measuring device 27 has a light source 29 and a
  • the light source 29 transmits light 33 through an optically transparent element 35 provided in the lid 9 and through the upper fluid space 17 to the separating element 5.
  • the separating element 5 is designed on its surface facing the optical measuring device 27 such that the incident light 33 is at least partially reflected back in the direction of that contained in the measuring device 27
  • Light detector 31 it may be sufficient to provide the surface of the separating element 5 with a sufficient optical reflection. It can be for example for that Separating element 5 a highly reflective material can be selected or the surface of the separating element 5 can be coated reflective.
  • the reflection element 37 can thus be cleaned or replaced, for example, during maintenance work on the piston accumulator 1 if necessary.
  • the transparent element 35 can be designed to be removable, so that it can also be cleaned or replaced if necessary.
  • Both the transparent element 35 and the reflection element 37 should be fastened to the cover 9 or the separating element 5 in such a way that they can withstand the considerable pressures prevailing in the piston accumulator 1.
  • the transparent element 35 and the reflection element 37 can be provided with a dirt-repellent coating so that any dirt in the fluid space can not possibly stick to it.
  • a position of the separating element 5 within the storage housing 3 of the piston accumulator 1 can be precisely determined at any time. Due to the determined position of the separating element 5 can be deduced the amount of energy stored in the piston accumulator 1.
  • FIG. 2 shows details of the optical measuring device 27.
  • a laser diode 39 serves as a light source 29 and emits a light beam 41.
  • the light beam 41 is collimated by an optical system 43, so that it can move along an optical axis 45 through a transparent window 47 in the housing 49 of the measuring device 27.
  • the collimated light beam 51 can then be reflected on the reflective element 37, which is arranged on the surface of the separating element 5, and run as a light beam 53 back to the optical measuring device 27. There he enters through a further transparent window 55 in the housing 49 a.
  • the coupling and decoupling of the light beams 51, 53 by separate windows 47, 55 may include one Separation of transmitting and receiving range of the measuring device 27 serve, for example, to avoid an optical "short circuit.”
  • the backreflected light beam 53 can then be focused by a further optics 57 on a light detector 59 in order to detect a corresponding light signal there.
  • Mirror elements 63, 65 are provided, which can be folded when needed in the beam path of the emitted collimated light 45. The light then no longer leaves the housing 49, but is reflected directly onto the detector 59 within the housing. In this case, since the distance traveled by the light is known, the measuring device 27 can be calibrated in this way.
  • Evaluation electronics 61 designed to drive the laser diode 39 so that it emits a time-modulated laser signal.
  • Transmitter 61 is further adapted to receive the signal detected by the light detector 59 and from a phase shift of this modulated detection signal with respect to the modulated control signal to the laser diode 39 a transit time measurement of the emitted from the laser diode 39 and the detector 59 after reflection on the separator 5 detected light to make. From this transit time measurement can be closed at a known speed of light on the distance x and thus with high precision to the position of the separating element 5 within the storage housing 3 of the piston accumulator 1.

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Abstract

Es wird ein Kolbenspeicher (1) zur hydraulischen oder pneumatischen Speicherung von Energie beschrieben, bei dem ein Trennelement (5) innerhalb eines Speichergehäuses (3) entlang einer Verlagerungsrichtung (7) verlagert werden kann. Eine aktuelle Position des Trennelements (5) wird dabei mit Hilfe einer optischen Messvorrichtung (27) beispielsweise in Form eines Laserabstandsmessgerätes berührungsfrei bestimmt. Die Messvorrichtung (27) kann hierzu Licht von einer Lichtquelle (29) hin zu einer gegenüberliegenden Oberfläche des Trennelementes (5) emittieren und dort reflektiertes Licht mit Hilfe eines Lichtdetektors (31) detektieren. Aus der Laufzeit des Lichtes kann auf die Position des Trennelementes (5) rückgeschlossen werden.

Description

BESCHREIBUNG
Kolbenspeicher mit Vorrichtung zur Positionsbestimmung eines in dem Kolbenspeicher verlagerbaren Trennelementes
GEBSET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolbenspeicher. STAND DER TECHNIK
Kolbenspeicher, die teilweise auch als Hydrospeicher bezeichnet werden, können dazu eingesetzt werden, große Mengen an Energie hydraulisch oder pneumatisch zu speichern und bei Bedarf schnell und einfach verwertbar wieder freizusetzen.
Beispielsweise werden Kolbenspeicher in Fahrzeugen eingesetzt, wo sie zum Beispiel einer Mobilhydraulik Energie zur Verfügung stellen können. Diese Energie kann beispielsweise in einem antriebslosen Zustand des Fahrzeugs als Backup-Energie bereitgestellt werden oder einen Antrieb des Fahrzeugs unterstützen, so dass insgesamt Energieeinsparungen beim Betrieb des Fahrzeugs möglich sind.
Insbesondere bei sogenannten Hydraulikhybridfahrzeugen werden Kolbenspeicher dazu verwendet, Energie, die beispielsweise beim Abbremsen von Rädern erzeugt wird, zu speichern und zu einem späteren Zeitpunkt einem Antriebssystem des Fahrzeugs beispielsweise zum Unterstützen einer Beschleunigung des Fahrzeugs zur Verfügung zu stellen. Solche Hydraulikhybridsysteme kommen insbesondere bei Lastkraftwagen und Bussen zum Einsatz.
Konventionelle Kolbenspeicher, wie sie zum Beispiel in der DE 10 2006 060 078 A1 beschrieben sind, weisen ein meist zylindrisch geformtes Speichergehäuse auf. In diesem Speichergehäuse trennt ein Trennelement zwei Räume, die komprimierbares oder nicht-komprimierbares Fluid aufnehmen können. Das Trennelement ist hierbei innerhalb des Speichergehäuses verlagerbar, so dass das Volumen der beiden Fluidräume variiert werden kann.
Häufig ist der Kolbenspeicher derart ausgestaltet, dass in einen der Fluidräume ein komprimierbares Fluid eingeleitet wird, wohingegen in den anderen Fluidraum ein nicht-komprimierbares Fluid eingeleitet wird. Der das komprimierbare Fluid
aufnehmende Raum ist auf einer Seite durch das Trennelement und auf einer gegenüberliegenden Seite durch einen Deckel, der auch integral mit dem
Speichergehäuse ausgebildet sein kann, dichtend abgeschlossen. Der das nicht- komprimierbare Fluid aufnehmende Fluidraum steht mit einem geeigneten
Ventilsystem in Verbindung, über das das nicht-komprimierbare Fluid in den Raum ein- bzw. aus dem Raum abfließen kann.
Wird das nicht-komprimierbare Fluid in den entsprechenden Fluidraum eingeleitet, bewegt sich das Trennelement unter dem von dem Fluid bewirkten Druck derart, dass der das komprimierbare Fluid enthaltende Fluidraum verkleinert wird, wobei das darin enthaltene Fluid komprimiert wird. Dadurch kann Energie in dem komprimierten Fluid gespeichert werden. Diese Energie kann bei Bedarf durch Ablassen des nicht- komprimierbaren Fluids wieder aus dem Hydraulikhybridsystem zur Verfügung gestellt werden.
Um einen Speicherinhalt eines Kolbenspeichers ermitteln zu können und/oder um verhindern zu können, dass das Trennelement an eine Endlage anschlägt, ist es in der Regel notwendig, eine Position des Trennelementes innerhalb des Speichergehäuses zu ermitteln und zu überwachen. Hierzu werden herkömmlich meist mechanische Systeme wie zum Beispiel herausgeführte Kolbenstangen oder ein Seilzugmesssystem eingesetzt. Auch elektrische oder magnetische Methoden, wie zum Beispiel eine elektrische Endiagenschaltung, eine Magnetklappenanzeige oder Magnetkolben können hierzu verwendet werden.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kolbenspeicher
beschrieben, der eine Messvorrichtung zum Bestimmen einer aktuellen Position eines in dem Speichergehäuse verlagerbaren Trennelementes aufweist. Die Messvorrichtung weist dabei eine Lichtquelle, einen Lichtdetektor und eine Steuer-/Auswerteelektronik auf und ist dazu ausgelegt, die aktuelle Position des Trennelementes durch eine Laufzeitmessung von Licht zu bestimmen. Eine Grundidee hierbei ist, dass die Position des innerhalb des Speichergehäuses verlagerbaren Trennelementes optisch und somit berührungslos ermittelt werden kann. Hierzu können beispielsweise optisch arbeitende Messvorrichtu ngen eingesetzt werden, wie sie in ähnlicher Weise bereits als Laserabstandsmessgeräte zur
Ausmessung von Distanzen beispielsweise innerhalb von Räumen eingesetzt werden.
Aufgrund der optischen Messung der Position des Trennelementes kann auf mechanisch bewegte Teile zur Bestimmung der Position verzichtet werden. Dies ermöglicht eine zuverlässige, verschleißfreie und kostengünstige Positionserfassung. Die optische Messvorrichtung kann als Lichtquelle einen Laser aufweisen. Licht kann von der Lichtquelle in einer Richtung hin zu dem Trennelement ausgesendet werden, dort reflektiert werden und dann durch einen in der Messvorrichtung vorgesehenen Lichtdetektor detektiert werden. Aufgrund einer Laufzeitmessung dieses Lichts kann auf die aktuelle Position des Trennelementes geschlossen werden. Hierzu kann die Steuer-/Auswerteelektronik die Lichtquelle derart ansteuern, dass die emittierte
Lichtstärke zeitlich moduliert ist, so dass die Laufzeit des emittierten Lichts bis zur Detektion aufgrund einer Phasenverschiebung zwischen dem von der Lichtquelle emittierten Licht und dem von dem Lichtdetektor detektierten Licht bestimmt werden kann. Mit Hilfe einer solchen Laufzeitmessung von (Laser-)Licht kann die Position des Trennelementes innerhalb des Speichergehäuses schnell und mit hoher Präzision bestimmt werden.
Die Messvorrichtung kann dazu ausgelegt sein, Licht für die Laufzeitmessung durch einen der Fluidräume hindurch zu transmittieren. Hierbei kann das Speichergehäuse ein optisch transparentes Element wie beispielsweise eine Scheibe aus Glas oder einem anderen transparenten Material aufweisen. Die Messvorrichtung einschließlich ihrer Lichtquelle kann somit außerhalb des Speichergehäuses angebracht werden und Licht durch das transparente Element hin zu dem verlagerbaren Trennelement im Innern des Speichergehäuses transmittieren. Hierdurch kann einerseits erreicht werden, dass die Messvorrichtung in einfacher Weise außen an dem Speichergehäuse angebracht werden kann und beispielsweise gegebenenfalls einfach von außen gewartet oder ausgetauscht werden kann. Andererseits kann dadurch, dass das von der Lichtquelle der Messvorrichtung emittierte Licht durch einen der Fluidräume transmittiert wird, erreicht werden, dass äußere Einflüsse wie beispielsweise Licht- absorbierende Verschmutzungen innerhalb des Lichtstrahlengangs weitgehend vermieden werden können.
Innerhalb des Kolbenspeichers kann einer der Fluidräume dazu ausgebildet sein, ein gasförmiges Fluid aufzunehmen, wohingegen ein anderer der Fluidräume
beispielsweise dazu ausgelegt sein kann, ein flüssiges Fluid aufzunehmen. Als Gas kann hierbei beispielsweise Stickstoff verwendet werden. Als Flüssigkeit kann eine Hydraulikflüssigkeit wie zum Beispiel ein Öl eingesetzt werden.
In diesem Fall kann es vorteilhaft sein, die Messeinrichtung derart auszulegen, dass sie Licht durch denjenigen Fluidraum, der zur Aufnahme von Gas ausgebildet ist, hin zu dem Trennelement transmittiert. Gas hat üblicherweise eine geringe optische Absorption und einen niedrigen Brechungsindex, so dass ein großer Teil des transmittierten und an dem Trennelement reflektierten Lichts auf den Lichtdetektor treffen und dort detektiert werden kann. Durch die geringen Lichtverluste innerhalb des mit Gas gefüllten Fiuidraumes können hohe Signalstärken und insbesondere gute
Signal-Rausch-Verhältnisse erreicht werden.
Prinzipiell ist es jedoch auch vorstellbar, Licht von der optischen Messvorrichtung durch einen mit einer Flüssigkeit gefüllten Fluidraum hin zu dem Trennelement zu transmittieren, wobei hierbei jedoch beispielsweise aufgrund des hohen
Brechungsindex der Flüssigkeit die Bedingungen zur Erreichung einer präzisen, zuverlässigen Laufzeitmessung schwieriger sein können.
Die optische Messvorrichtung kann an dem Speichergehäuse an einer Position angebracht sein, die dem verlagerbaren Trennelement entlang seiner
Veriagerungsrichtung gegenüberliegt. Mit anderen Worten kann die Messvorrichtung derart angeordnet sein, dass das von ihr ausgesendete Licht im Wesentlichen parallel zu der Verlagerungsrichtung des Trennelementes verläuft. Auf diese Weise kann eine einfache Auswertung der Laufzeitmessung und Bestimmung der aktuellen Position des Trennelementes erreicht werden. Das Trennelement kann dazu ausgelegt sein, das von der Lichtquelle kommende Licht zumindest teilweise gezielt hin zu dem Detektor zu reflektieren. Hierzu kann beispielsweise die zu der Messvorrichtung gerichtete Oberfläche des Trennelementes geeignete optische Eigenschaften aufweisen. Beispielsweise kann die Oberfläche durch geeignete Oberflächenbehandlungen wie zum Beispiel ein Beschichten der Oberfläche oder ein Glätten der Oberfläche derart ausgestaltet sein, dass möglichst viel Licht direkt oder diffus reflektiert werden kann. Die Oberflächenbehandlung kann dabei unter anderem auf Eigenschaften des von der Messvorrichtung verwendeten Lichts, wie beispielsweise die Wellenlänge des verwendeten Lichts, abgestimmt sein.
Außerdem kann die Geometrie der Oberfläche des Trennelements derart gewählt sein, dass das von der Lichtquelle der Messvorrichtung kommende Licht gezielt auf den Detektor der Messvorrichtung geleitet wird. KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Nachfolgend werden Details einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben, wobei die Beschreibung nicht die Erfindung einschränkend ausgelegt werden soll.
Fig. 1 zeigt einen Kolbenspeicher gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine optische Abstandsmessvorrichtung zur Verwendung in einem
Kolbenspeicher gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu.
AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Fig. 1 zeigt einen Kolbenspeicher 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Kolbenspeicher 1 weist ein Speichergehäuse 3 in Form eines zylindrischen Rohres auf. Innerhalb des Speichergehäuses 3 ist ein Trennelement 5 entlang einer Verlagerungsrichtung 7 verlagerbar angeordnet. An seinen Enden ist das Speichergehäuse 3 jeweils mit Deckeln 9, 11 abgeschlossen und mit Hilfe von
Dichtungen 13, 15 abgedichtet.
Das Trennelement 5 kann sich innerhalb des Speichergehäuses 3 zwischen den beiden Deckeln 9, 11 bewegen. Es können entsprechende Führungen für das
Trennelement 5 vorgesehen sein. Alternativ kann die Außenkontur des Trennelements 5 derart an die Innenkontur des Speichergehäuses 3 angepasst sein, dass es zu einer Führung während des Verlagerns kommt. Das Trennelement 5 trennt dabei einen oberen Fluidraum 17 von einem unteren Fluidraum 19. Zur Abdichtung ist ein ringförmiges Dichtelement 21 vorgesehen.
Im Betrieb des Kolbenspeichers 1 wird in den oberen Fluidraum 17 durch ein Gasventil 23 Stickstoff ein- und ausgeleitet. In den unteren Fluidraum 19 kann durch einen Flüssigkeitsanschluss 25 eine Hydraulikflüssigkeit ein- und ausgeleitet werden. Da die Hydraulikfiüssigkeit im Gegensatz zu dem Stickstoff nicht komprimierbar ist, kann durch Einleiten der Hydraulikflüssigkeit das kolbenartige Trennelement 5 in der in Fig. 1 gezeigten Darstellung vertikal nach oben verlagert werden und auf diese Weise der in dem oberen Fluidraum 17 enthaltene Stickstoff komprimiert werden. Dabei wird in dem komprimierten Stickstoff mechanisch Energie gespeichert, die bei Bedarf durch Ablassen von Stickstoff durch das Ventil 23 bzw. durch Ablassen von
Hydraulikfiüssigkeit durch den Flüssigkeitsanschluss 25 genutzt werden kann.
Um eine Position des Trennelementes 5 während des Betriebes des Kolbenspeichers zuverlässig ermitteln zu können, ist an dem Deckel 9 eine optische Messvorrichtung 27 vorgesehen. Diese Messvorrichtung 27 weist eine Lichtquelle 29 und einen
Lichtdetektor 31 auf. Die Lichtquelle 29 sendet Licht 33 durch ein in dem Deckel 9 vorgesehenes optisch transparentes Element 35 und durch den oberen Fluidraum 17 hindurch hin zu dem Trennelement 5.
Das Trennelement 5 ist an seiner zu der optischen Messvorrichtung 27 gerichteten Oberfläche derart ausgestaltet, dass das auftreffende Licht 33 zumindest teilweise zurückreflektiert wird in Richtung des in der Messvorrichtung 27 enthaltenen
Lichtdetektors 31. Hierzu kann es genügen, die Oberfläche des Trennelementes 5 mit einer ausreichenden optischen Reflexion zu versehen. Es kann beispielsweise für das Trennelement 5 ein stark reflektierendes Material gewählt werden oder die Oberfläche des Trennelementes 5 kann reflektierend beschichtet werden.
Es kann aber auch ein zusätzliches Reflexionselement 37 an der Oberfläche des Trennelementes 5 angeordnet werden, das geeignete reflektierende oder spiegelnde
Eigenschaften aufweist. Das Reflexionselement 37 kann somit beispielsweise bei Wartungsarbeiten an dem Kolbenspeicher 1 gegebenenfalls gereinigt oder ausgetauscht werden. In ähnlicher Weise kann auch das transparente Element 35 entnehmbar ausgebildet sein, so dass auch dieses bei Bedarf gereinigt oder ausgetauscht werden kann.
Sowohl das transparente Element 35 als auch das Reflexionselement 37 sollten an dem Deckel 9 bzw. dem Trennelement 5 derart befestigt sein, dass sie den in dem Kolbenspeicher 1 herrschenden erheblichen Drücken standhalten können. Außerdem können das transparente Element 35 und das Reflexionselement 37 mit einer schmutzabweisenden Beschichtung versehen sein, sodass sich etwaiger im Fluidraum befindlicher Schmutz möglichst nicht daran festsetzen kann.
Mit Hilfe der optischen Messvorrichtung 27 kann eine Position des Trennelementes 5 innerhalb des Speichergehäuses 3 des Kolbenspeichers 1 jederzeit präzise bestimmt werden. Aufgrund der ermittelten Position des Trennelements 5 kann auf die Menge der in dem Kolbenspeicher 1 gespeicherten Energie rückgeschlossen werden.
Außerdem kann durch eine Positionsüberwachung sichergestellt werden, dass das Trennelement 5 während des Betriebes des Kolbenspeichers nicht an einem der Deckel 9, 11 anschlägt.
In Fig. 2 sind Details der optischen Messvorrichtung 27 dargestellt. Eine Laserdiode 39 dient als Lichtquelle 29 und emittiert einen Lichtstrahl 41. Der Lichtstrahl 41 wird von einer Optik 43 kollimiert, so dass er sich entlang einer optischen Achse 45 durch ein transparentes Fenster 47 in dem Gehäuse 49 der Messvorrichtung 27 herausbewegen kann. Der kollimierte Lichtstrahl 51 kann dann an dem reflektierenden Element 37, das an der Oberfläche des Trennelementes 5 angeordnet ist, reflektiert werden und als Lichtstrahl 53 zurück zu der optischen Messvorrichtung 27 laufen. Dort tritt er durch ein weiteres transparentes Fenster 55 in das Gehäuse 49 ein. Die Ein- und Auskopplung der Lichtstrahlen 51 , 53 durch getrennte Fenster 47, 55 kann unter anderem einer Trennung von Sende- und Empfangsbereich der Messvorrichtung 27 dienen, um beispielsweise einen optischen„Kurzschluss" zu vermeiden. Der rückrefiektierte Lichtstrahl 53 kann dann durch eine weitere Optik 57 auf einen Lichtdetektor 59 fokussiert werden, um dort ein entsprechendes Lichtsignal detektieren zu können.
Um die optische Messvorrichtung 27 kalibrieren zu können, sind ferner zwei
Spiegelelemente 63, 65 vorgesehen, die bei Bedarf in den Strahlengang des ausgesendeten kollimierten Lichts 45 eingeklappt werden können. Das Licht veriässt dann nicht mehr das Gehäuse 49, sondern wird innerhalb des Gehäuses direkt auf den Detektor 59 reflektiert. Da dabei der zurückgelegte Weg des Lichtes hierbei bekannt ist, kann auf diese Weise die Messvorrichtung 27 kalibriert werden.
Um einen Abstand x zwischen der optischen Messvorrichtung 27 und der Oberfläche des reflektierenden Elements 37 bestimmen zu können, ist eine Steuer-/
Auswerteelektronik 61 dazu ausgelegt, die Laserdiode 39 derart anzusteuern, dass diese ein zeitlich moduliertes Laseriichtsignal aussendet. Die Steuer-/
Auswerteelektronik 61 ist ferner dazu ausgelegt, das von dem Lichtdetektor 59 detektierte Signal aufzunehmen und aus einer Phasenverschiebung dieses modulierten Detektionssignals in Bezug auf das modulierte Steuersignal an die Laserdiode 39 eine Laufzeitmessung des von der Laserdiode 39 ausgesendeten und von dem Detektor 59 nach Reflexion an dem Trennelement 5 detektierten Lichts vorzunehmen. Aus dieser Laufzeitmessung kann bei bekannter Lichtgeschwindigkeit auf die Entfernung x und somit mit hoher Präzision auf die Position des Trennelements 5 innerhalb des Speichergehäuses 3 des Kolbenspeichers 1 geschlossen werden.

Claims

Ansprüche
1. Kolbenspeicher (1 ), aufweisend
ein Speichergehäuse (3),
ein Trennelement (5), welches innerhalb des Speichergehäuses entlang einer Verlagerungsrichtung (7) verlagerbar angeordnet ist, um innerhalb des Speichergehäuses zwei Fluidräume {17, 19) mit variablem Volumen voneinander zu trennen; und
eine Messvorrichtung (27) zum Bestimmen einer aktuellen Position (x) des Trennelements innerhalb des Speichergehäuses; dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung eine Lichtquelle (29), einen Lichtdetektor (31 ) und eine Steuer-/Auswerteelektronik (61) aufweist und dazu ausgelegt ist, die aktuelle Position des Trennelements durch eine Laufzeitmessung von Licht (33) zu bestimmen.
Kolbenspeicher nach Anspruch 1 , wobei die Messvorrichtung dazu ausgelegt ist, Licht für die Laufzeitmessung durch einen der Fluidräume zu transmittieren.
Kolbenspeicher nach Anspruch 1 oder 2, wobei zumindest einer der Fluidräume (17) dazu ausgebildet ist, ein Gas aufzunehmen, und wobei die Messvorrichtung dazu ausgelegt ist, Licht für die Laufzeitmessung durch diesen Fluidraum zu transmittieren.
Kolbenspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die
Messvorrichtung dazu ausgelegt ist, die aktuelle Position des Trennelements durch eine Laufzeitmessung von Licht, das von der Lichtquelle ausgesendet wird, an dem Trennelement reflektiert wird und dann durch den Lichtdetektor detektiert wird, zu bestimmen
5. Kolbenspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die
Messvorrichtung an dem Speichergehäuse an einer Position angebracht ist, die dem Trennelement entlang der Veriagerungsrichtung gegenüber liegt.
6. Kolbenspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das
Speichergehäuse eine transparentes Element (35) aufweist und wobei die Messvorrichtung dazu ausgelegt ist, Licht durch das transparente Element hin zu dem Trennelement zu transmittieren.
7. Kolbenspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Trennelement dazu ausgelegt ist, von der Lichtquelle kommendes Licht zumindest teilweise hin zu dem Detektor zu reflektieren.
8. Kolbenspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Lichtquelle einen Laser (29) aufweist.
9. Kolbenspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Steuer- /Auswerteelektronik dazu ausgelegt ist, eine von der Lichtquelle emittierte Lichtstärke zeitlich zu modulieren und die Laufzeit aufgrund einer
Phasenverschiebung zwischen dem von der Lichtquelle emittierten Licht und dem vom Lichtdetektor detektierten Licht zu bestimmen.
10. Verwendung einer optischer Abstandsmessvornchtung (27) zur Bestimmung einer aktuellen Position (x) eines innerhalb eines Speichergehäuses (3) eines Kolbenspeichers (1 ) verlagerbaren Trennelementes (5).
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