WO2015155290A1 - Verfahren zur positions- und/oder bewegungserfassung eines kolbens in einem zylinder sowie zylinderanordnung - Google Patents

Verfahren zur positions- und/oder bewegungserfassung eines kolbens in einem zylinder sowie zylinderanordnung Download PDF

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WO2015155290A1
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cylinder
piston side
gas
cylinder arrangement
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Torsten KLEINEN
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Mhwirth Gmbh
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    • F15B2201/50—Monitoring, detection and testing means for accumulators
    • F15B2201/515—Position detection for separating means

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting the position and / or movement of a piston in a cylinder having a longitudinal center axis, wherein a liquid is present on a first piston side and a gas on a second piston side.
  • the invention relates to a cylinder assembly having a cylinder and having a movable therein along a longitudinal center axis of the cylinder piston, which is adapted to separate on a first piston side pending liquid from a pending on a second side of the piston gas.
  • Such a method and such a cylinder arrangement are used in particular in connection with piston accumulators.
  • the liquid is a hydraulic fluid that is pressed against a gas (for example, nitrogen) in this memory.
  • the liquid-side cylinder volume communicates regularly via a hydraulic connection with a hydraulic device, from which hydraulic fluid can flow into the cylinder while overcoming the gas pressure prevailing on the second piston side or, upon release of the pressure, can flow out of the cylinder into the hydraulic device by displacement of the piston.
  • the cylinder regularly has a connection via which gas with the desired pressure can be supplied to the cylinder. After reaching the desired gas pressure, the connection can be made clampable.
  • a constant contact with a larger, external gas pressure source can be maintained, which also - depending on the volume ratios between the cylinder and the gas pressure source - kept the gas pressure independent of the position of the piston in the cylinder more or less constant can be.
  • a piston accumulator device in particular the hydraulic device, it may be necessary to detect changes in position of the piston. These may indicate, for example, a pressure drop due to a leak or a pressure increase due to load peaks.
  • position and / or motion detection of a piston of a piston accumulator the following systems are known, for example, from Hydac International GmbH, Sulzbach, Germany: The position of the piston is detected by a cable measuring system. One end of the rope is secured to a roller biased by a spring, the other end of the rope to the piston bottom. The movement of the piston is detected by a rotary potentiometer provided on the roller.
  • the one end of a rope is in turn attached to the piston.
  • the other, led out of the cylinder end of the rope carries a guided in a tube permanent magnet which activates attached to the tube, magneto-sensitive means depending on its position and thus makes the piston movement and position recognizable.
  • Detecting the position of the piston by means of ultrasound by providing one or more ultrasonic transmitting / receiving units outside the cylinder. Each of these units detects the transition between the piston and the oil, so that a piston movement and position can be detected with an accuracy that depends on the distance of the ultrasonic transmitter / receiver units.
  • Ultraschallwegig arranged Ultraschallwegmesssystem which detects the distance between the liquid-side lid of the cylinder and the piston.
  • the disadvantage of these systems is that they either require the removal of components from the cylinder, which requires expensive sealing arrangements which are subject to wear. With other systems, position and / or motion detection can only be achieved with limited accuracy or require the presence of hydraulic fluid for coupling.
  • the invention is therefore based on the object, an improved method for detecting the position and / or movement of a piston, in particular a piston accumulator, and an improved cylinder arrangement with a cylinder and with a movable along a longitudinal central axis of the cylinder piston, in particular a piston accumulator, to accomplish.
  • a beam of an almost monochromatic wave is directed onto the second side of the bulb at an angle deviating from 90.degree. And reflected by the latter, and the location of the impact of the reflected beam is detected. Due to the angle of incidence, which may vary, for example, between 0.5 and 10 ° from a right angle, a piston movement is reliably detected by changing the location of the impact of the reflected beam.
  • a particular advantage of the method according to the invention is that it does not require a sealing arrangement for sealing moving parts, such as piston rods or ropes. It is also advantageous that the method is applicable to the gas side of the piston. Thus, there is the possibility of creating a redundant operating system in which, for example, one of the aforementioned prior art systems for detecting the position and / or movement of the piston is used on the liquid side. In particular, the application of the Ultraschallwegmesssystems be mentioned here.
  • the used beam of a nearly monochromatic wave may be a laser beam.
  • the pressure of the upcoming on the second piston side gas changes, which is the case, for example, when the cylinder volume does not communicate with a relatively large gas volume of constant pressure, so preferably the pressure of the second Piston side pending gas detected.
  • the pressure of the second Piston side pending gas detected.
  • For a change in density associated with a change in gas pressure leads to a change in the optical properties of the gas, in particular the change in the optical refractive index between the gas and a protective disk possibly located in front of a sensor for detecting the reflected beam, whereby the location of the reflected beam impinges on a constant position the piston would be changed.
  • this effect can be taken into account in the piston position and / or motion detection.
  • a change in the temperature of the gas present on the second piston side can also result in a change in the optical properties with the effects described in connection with a pressure change. Accordingly, preferably also the temperature of the upcoming at the second piston side gas is detected and the effects taken into account with a suitable routine in the position and / or motion detection.
  • the cylinder arrangement according to the invention which is preferably used to form a piston accumulator, comprises a radiation source, by means of which an applied jet of a nearly monochromatic wave can be directed onto the second piston side at an angle deviating from 90 °.
  • a reflection device for example a mirror, is provided on the latter. If the mirror is oriented perpendicular to the longitudinal central axis of the cylinder, then the radiation source is preferably designed such that the emitted beam is oriented at an acute angle to the direction of the longitudinal central axis, preferably between 0.5 ° and 10 °.
  • the cylinder arrangement further comprises a detection device, by means of which the location of the impact of the reflected beam can be detected.
  • the radiation source and the detection device may in particular be provided on one, the cylinder volume on the lid bounding the second piston side.
  • the radiation source is preferably a laser source.
  • the detection device preferably comprises an area sensor which, with particular preference, is tuned with regard to its sensitivity to the properties of the monochromatic wave, in particular the wavelength and the intensity of the reflected beam.
  • a gas pressure detection device is preferably provided.
  • a temperature detection device is preferably also provided.
  • the cylinder arrangement according to the invention then preferably comprises an evaluation device for taking into account the influence of the pressure and / or the temperature on the location of the impact of the reflected beam in the position and / or movement detection of the piston, which comprises corresponding correction routines.
  • correction routines may include correction functions that are computationally and / or empirically determined and take into account the influence of a pressure and / or temperature change on the location of the impact of the reflected beam at a specific position of the piston.
  • a further device for detecting the position and / or movement of the piston which detects in particular electrically, electromagnetically, acoustically and / or mechanically the piston position and / or movement.
  • This second device may be an initially described, belonging to the prior art.
  • Fig. 2 is a longitudinal section through the cylinder with the piston in a first
  • Fig. 3 is a view corresponding to Figure 2 with the piston in a second position.
  • Fig. 4 shows the detail IV in Fig. 2;
  • Fig. 5 shows the detail V in Fig. 3 and the detail VI in Fig. 3 in a perspective longitudinal section.
  • the embodiment of a cylinder arrangement shown in the drawing comprises a cylinder 1 with a longitudinal center axis L.
  • a piston 2 is provided, which is displaceable along the longitudinal central axis L.
  • the piston comprises sealing means, not shown in the drawing, in a manner known per se, for example piston rings, in order to effect a sealing action between an outer circumference and the inner circumference of the cylinder 1.
  • the piston On the side shown in the drawing on the right, the piston has a depression 3, whereas the side of the piston shown on the left in the drawing is flat.
  • the side shown on the left in the drawing forms a first piston side 4, to which a liquid, for example an oil or a water-glycol mixture, is present during operation of the cylinder arrangement as piston accumulator.
  • the thus formed liquid volume 5 of the cylinder 1 is limited to the outside by a first cover 6.
  • the latter has a central connection bore. 7 for connecting a hydraulic device, not shown in the drawing.
  • the liquid volume 5 is regularly completely filled with liquid.
  • a gas volume 10 is delimited between the second piston side 8 opposite the first piston side 4 and a second cover 9 and the cylinder 1. This is in the operation of the piston-cylinder assembly regularly with pressurized nitrogen, if it is the liquid is oil, or filled with air, when the liquid is water-glycol mixture.
  • an arrangement 11 comprising a radiation source 12, by means of which a jet of a nearly monochromatic wave can be directed onto the second piston side 8, is provided on the second cover 9, and a detection device 13, by means of which the location of the impact of the reflected beam can be detected, arranged.
  • the detection direction may include an area sensor.
  • a gas pressure detecting means 14 and a temperature detecting means 15 are provided which detect the pressure and the temperature of the gas in the gas volume 10 located.
  • the arrangement 1 1 is electrically connected to a device 16 for controlling the radiation source 12 and for reading the detection device 13.
  • the gas pressure detection device 14 is electrically connected to a signal converter 17, the temperature detection device 15 to a signal converter 18.
  • the device 16 and the signal converters 17 and 18 in turn are electrically connected to a signal processing device 19 which, taking into account pressure and temperature correction functions from the signals 16 received by the device at a first output 20, the actual position of the piston 2 in the cylinder. 1 and at a second output 21 emits a signal, wel- Ches is generated at a intrustrict of the piston 2 from a rest position.
  • FIG. 2 which shows the piston 2 in a position displaced from the center to the first cover 6, a jet of an almost monochromatic wave, in this case a laser beam 22, is emitted onto the second piston side 8 with the aid of the radiation source 12 .
  • the second piston side 8 is provided with a mirror 23, which is aligned at least almost perpendicular to the central longitudinal axis L. Since the load beam 22 impinges on the mirror 23 at an angle oblique to the direction of the longitudinal central axis L, the reflected beam 24 is reflected to the detection device 13 at a corresponding angle of departure of opposite sign.
  • the impact point of the laser beam 22 shifts to the mirror 23 when the piston 2 is displaced in the cylinder along the central longitudinal axis L, in the embodiment shown in Figs. 2 and 3 at a displacement of the piston according to the drawing to the right upwards. Since the angle of incidence with respect to the central longitudinal axis L remains constant, the location of impingement P of the reflected beam 24 on the detection device 13 moves upward, so that by detecting the location of the impact P, both the position of the piston 2 in the cylinder 1, as well as the beginning of a movement is detectable.
  • the gas volume 10 is separated from the device 1 1 in a glass pane inserted from the outside into a stepped bore 25. Between the step of the bore and the glass sheet, a seal 27 is inserted. against this seal, the glass sheet is pressed by means of a threaded sleeve 28 which is screwed into a threaded bore 29.

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Abstract

Verfahren und Zylinderanordnung, geeignet zur Positions-und/oder Bewegungserfassung eines Kolbens (2) in einem eine Längsmittelachse (L) aufweisenden Zylinder, wobei auf einer ersten Kolbenseite (4) eine Flüssigkeit und an einer zweiten Kolbenseite (8) ein Gas ansteht, wobei unter einemvon 90° verschiedenen Einstrahlwinkel zur Richtung der Längsmittelachse (L) ein Strahl (22) einer nahezu monochromatischen Welle auf die zweite Kolbenseite (8) eingestrahlt, von dieser reflektiert und der Ort (P) des Auftreffens des reflektierten Strahls (24) erfasst wird.

Description

Verfahren zur Positions- und/oder Bewegungserfassung eines Kolbens in einem Zylinder sowie Zylinderanordnung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positions- und/oder Bewegungserfassung eines Kolbens in einem eine Längsmittelachse aufweisenden Zylinder, wobei auf einer ersten Kolbenseite eine Flüssigkeit und an einer zweiten Kolbenseite ein Gas ansteht.
Ferner betrifft die Erfindung eine Zylinderanordnung mit einem Zylinder und mit einem darin entlang einer Längsmittelachse des Zylinders beweglichen Kolben, die geeignet ist, auf einer ersten Kolbenseite anstehende Flüssigkeit von einem an einer zweiten Kolbenseite anstehenden Gas zu trennen.
Ein derartiges Verfahren und eine derartige Zylinderanordnung finden insbesondere im Zusammenhang mit Kolbenspeichern Verwendung. Bei diesen ist die Flüssigkeit eine Hydraulikflüssigkeit, die gegen ein Gas (beispielsweise Stickstoff) in diesen Speicher gepresst wird. Das flüssigkeitsseitige Zylindervolumen kommuni- ziert regelmäßig über einen Hydraulikanschluss mit einer Hydraulikeinrichtung, aus welcher Hydraulikflüssigkeit unter Überwindung des an der zweiten Kolbenseite anstehenden Gasdrucks in den Zylinder einströmen bzw. bei Nachlassen des Drucks durch Verlagerung des Kolbens aus dem Zylinder in die Hydraulikeinrichtung einströmen kann.
An der der zweiten Kolbenseite zugewandten Seite umfasst der Zylinder regelmäßig einen Anschluss, über den Gas mit dem gewünschten Druck dem Zylinder zuführbar ist. Nach Erreichen des gewünschten Gasdrucks kann der Anschluss ab- klemmbar ausgebildet sein. Um das Speichervolumen zu vergrößern, kann auch ein ständiger Kontakt zu einer größeren, externen Gasdruckquelle aufrechterhalten werden, wodurch auch - in Abhängigkeit der Volumenverhältnisse zwischen dem Zylinder und der Gasdruckquelle - der Gasdruck unabhängig von der Position des Kolbens in dem Zylinder mehr oder weniger konstant gehalten werden kann.
Für die Funktionalität eines derartigen Kolbenspeichers ist es bedeutsam, an welcher Position sich der Kolben in dem Zylinder befindet. So ist beispielsweise eine Aufrechterhaltung eines mit Hilfe des Kolbenspeichers zu bewirkenden Hydraulik- drucks in der Hydraulikeinrichtung nur solange möglich, solange sich die erste Kolbenseite nicht auf Anschlag mit einem das Flüssigkeitsvolumen des Zylinders begrenzenden Deckel befindet. Andererseits kann der Hydraulikdruck in der Hydraulikeinrichtung mit Hilfe des Kolbenspeichers auch nur solange begrenzt werden, solange die zweite Kolbenseite nicht an einem das Gasvolumen des Zylin- ders begrenzenden Deckel anschlägt. Es ist bereits insofern Kenntnis der jeweils aktuellen Kolbenposition zum Erhalt der Betriebssicherheit einer einen Kolbenspeicher umfassenden Einrichtung wünschenswert.
Darüber hinaus kann es zur Erfassung von Betriebszustandsänderungen einer den Kolbenspeicher umfassenden Einrichtung, insbesondere der Hydraulikeinrichtung, vonnöten sein, Positionsänderungen des Kolbens zu erfassen. Diese können beispielsweise auf einen Druckabfall durch ein Leck oder einen Druckanstieg durch Belastungsspitzen hindeuten. Zur Positions- und/oder Bewegungserfassung eines Kolbens eines Kolbenspeichers sind beispielsweise von der Firma Hydac International GmbH, Sulzbach, Deutschland folgende Systeme bekannt: Die Position des Kolbens wird mit einem Seilzugmesssystem erfasst. Das eine Ende des Seils ist an einer Rolle, die mit einer Feder vorgespannt ist, das andere Ende des Seils an dem Kolbenboden befestigt. Die Bewegung des Kolbens wird über ein an der Rolle vorgesehenes Drehpotentiometer erfasst.
Das eine Ende eines Seils ist wiederum an dem Kolben befestigt. Das andere, aus dem Zylinder herausgeführte Ende des Seils trägt einen in einem Rohr geführten Permanentmagneten, welcher an dem Rohr angebrachte, magnetosensitive Mittel in Abhängigkeit seiner Position aktiviert und somit die Kolben- bewegung und -position erkennbar macht.
Erfassung der Kolbenposition mittels Ultraschall, indem außerhalb des Zylinders eine oder mehrere Ultraschallsende/Empfangseinheiten vorgesehen sind. Jede dieser Einheiten erkennt den Übergang zwischen Kolben und Öl, so dass eine Kolbenbewegung und -position mit einer Genauigkeit erfassbar ist, die vom Abstand der Ultraschallsende/Empfangseinheiten abhängt.
Erfassung der Position- und/oder der Bewegung des Kolbens mit Hilfe einer aus dem Zylinder herausgeführten Kolbenstange und mit dieser zusammen wirkendem Wegaufnehmer.
Flüssigkeitsseitig angeordnetes Ultraschallwegmesssystem, welches den Abstand zwischen dem flüssigkeitsseitigen Deckel des Zylinders und dem Kolben erfasst.
Nachteilig ist bei diesen Systemen, dass sie entweder eine Herausführung von Komponenten aus dem Zylinder erfordern, wodurch aufwendige Dichtungsanordnungen benötigt werden, die verschleißträchtig sind. Mit anderen Systemen lässt sich die Positions- und/oder Bewegungserfassung lediglich mit einer begrenzten Genauigkeit erreichen, oder sie erfordern das Vorhandensein von Hydraulikflüssigkeit zur Ankopplung. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Positions- und/oder Bewegungserfassung eines Kolbens, insbesondere eines Kolbenspeichers, sowie eine verbesserte Zylinderanordnung mit einem Zylinder und mit einem darin entlang einer Längsmittelachse des Zylinders beweglichen Kol- bens, insbesondere eines Kolbenspeichers, zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 wiedergegebene Verfahren und durch die in Anspruch 6 wiedergegebene Zylinderanordnung gelöst. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird unter einem von 90° abweichenden Winkel ein Strahl einer nahezu monochromatischen Welle auf die zweite Kolbenseite gerichtet, von dieser reflektiert und der Ort des Auftreffens des reflektierten Strahls erfasst. Aufgrund des Einstrahlwinkels, der beispielsweise zwischen 0,5 und 10° von einem rechten Winkel abweichen kann, wird eine Kolben beweg ung durch Änderung des Orts des Auftreffens des reflektierten Strahls zuverlässig erfasst.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass es keine Dichtungsanordnung zum Abdichten sich bewegender Teile, wie Kolbenstangen oder Seile, erfordert. Ebenfalls ist von Vorteil, dass das Verfahren auf der Gasseite des Kolbens anwendbar ist. So besteht die Möglichkeit der Schaffung eines re- dudant arbeitenden Systems, in dem auf der Flüssigkeitsseite beispielsweise eines der eingangs genannten, zum Stand der Technik gehörenden Systeme zur Positions- und/oder Bewegungserfassung des Kolbens eingesetzt wird. Insbeson- dere sei hier die Anwendung des Ultraschallwegmesssystems genannt.
Der verwendete Strahl einer nahezu monochromatischen Welle kann ein Laserstrahl sein. Besteht im Betrieb die Möglichkeit, dass sich der Druck des an der zweiten Kolbenseite anstehenden Gases ändert, was beispielsweise dann der Fall ist, wenn das Zylindervolumen nicht mit einem relativ hierzu großen Gasvolumen eines konstanten Drucks kommuniziert, so wird vorzugsweise der Druck des an der zweiten Kolbenseite anstehenden Gases erfasst. Denn eine mit einer Gasdruckänderung verbundenen Dichteänderung führt zur Änderung der optischen Eigenschaften des Gases, insbesondere der Änderung des optischen Brechungsindexes zwischen dem Gas und einer eventuell vor einem Sensor zur Erfassung des reflektierten Strahls befindlichen Schutzscheibe, wodurch der Ort des Auftreffens des reflektierten Strahls bei gleichbleibender Position des Kolbens verändert würde. Durch Erfassung des Drucks des an der zweiten Kolbenseite anstehenden Gases kann dieser Effekt bei der Kolbenpositions- und/oder Bewegungserfassung berücksichtigt werden.
Auch eine Änderung der Temperatur des an der zweiten Kolbenseite anstehenden Gases kann eine Änderung der optischen Eigenschaften mit den im Zusammenhang mit einer Druckänderung beschriebenen Auswirkungen zur Folge haben. Dementsprechend wird vorzugsweise auch die Temperatur des an der zweiten Kolbenseite anstehenden Gases erfasst und die Auswirkungen mit einer geeigneten Routine bei der Positions- und/oder Bewegungserfassung berücksichtigt.
Die vorzugsweise zur Ausbildung eines Kolbenspeichers dienende, erfindungsgemäße Zylinderanordnung umfasst eine Strahlenquelle, mittels welcher ein an- gewendeter Strahl einer nahezu monochromatischen Welle auf die zweite Kolbenseite unter einem von 90° abweichenden Winkel richtbar ist. Damit die Reflexion des Strahls an der zweiten Kolbenseite möglichst streuarm erfolgt, ist an dieser eine Reflexionseinrichtung, beispielsweise ein Spiegel vorgesehen. Ist der Spiegel senkrecht zur Längsmittelachse des Zylinders ausgerichtet, so ist die Strahlen- quelle vorzugsweise derart ausgebildet, dass der ausgesendete Strahl in einem spitzen Winkel zur Richtung der Längsmittelachse, vorzugsweise zwischen 0,5° und 10° ausgerichtet ist. Die Zylinderanordnung umfasst des Weiteren eine Erfassungseinrichtung, mittels welcher der Ort des Auftreffens des reflektierten Strahls erfassbar ist.
Die Strahlenquelle und die Erfassungseinrichtung können insbesondere an einem, das Zylindervolumen auf der mit der zweiten Kolbenseite begrenzenden Deckel vorgesehen sein. Die Strahlenquelle ist vorzugsweise eine Laserquelle.
Die Erfassungseinrichtung umfasst vorzugsweise einen Flächensensor, der - be- sonders bevorzugt - hinsichtlich seiner Empfindlichkeit auf die Eigenschaften der monochromatischen Welle, insbesondere die Wellenlänge und die Intensität des reflektierten Strahls, abgestimmt ist.
Um den Einfluss einer eventuellen Gasdruckänderung auf die Positions- und/oder Bewegungserfassung berücksichtigen zu können, ist vorzugsweise eine Gasdruckerfassungseinrichtung vorgesehen.
Um auch entsprechende Auswirkungen einer eventuellen Temperaturänderung des an der zweiten Kolbenseite anstehenden Gases berücksichtigen zu können, ist vorzugsweise auch eine Temperaturerfassungseinrichtung vorgesehen.
Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Zylinderanordnung dann eine Auswerteeinrichtung zur Berücksichtigung des Einflusses des Drucks und/oder der Temperatur auf den Ort des Auftreffens des reflektierten Strahls bei der Positions- und/oder Bewegungserfassung des Kolbens, die entsprechende Korrekturroutinen umfasst. Diese Korrekturroutinen können Korrekturfunktionen enthalten, die rechnerisch und/oder empirisch ermittelt sind und den Einfluss einer Druck- und/oder Temperaturänderung auf den Ort des Auftreffens des reflektierten Strahls bei einer bestimmten Position des Kolbens berücksichtigen.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Zylinderanordnung ist eine weitere Einrichtung zur Positions- und/oder Bewegungserfassung des Kolbens vorgesehen, die insbesondere elektrisch, elektromagnetisch, akustisch und/oder mechanisch die Kolbenposition und/oder Bewegung erfasst. Bei dieser zweiten Einrichtung kann es sich um eine eingangs beschriebene, zum Stand der Technik gehörenden handeln. Die Erfindung soll nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen, die schema- tisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung verdeutlichten, weiter erläutert werden. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild dieses Ausführungsbeispiels bei längsgeschnittenem
Zylinder;
Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Zylinder mit dem Kolben in einer ersten
Position;
Fig. 3 eine Fig. 2 entsprechende Ansicht mit dem Kolben in einer zweiten Position;
Fig. 4 den Ausschnitt IV in Fig. 2;
Fig. 5 den Ausschnitt V in Fig. 3 sowie den Ausschnitt VI in Fig. 3 in perspektivischem Längsschnitt. Das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel einer Zylinderanordnung umfasst einen Zylinder 1 mit einer Längsmittelachse L. In dem Zylinder ist ein Kolben 2 vorgesehen, der entlang der Längsmittelachse L verlagerbar ist. Der Kolben umfasst in der Zeichnung nicht dargestellte Dichtmittel in an sich bekannter Art, wie beispielsweise Kolbenringe, um eine Dichtwirkung zwischen einem Außenum- fang und dem Innenumfang des Zylinders 1 zu bewirken.
Auf der in der Zeichnung rechts dargestellten Seite weist der Kolben eine Vertiefung 3 auf, wohingegen die in der Zeichnung links dargestellte Seite des Kolbens eben ausgebildet ist. Die in der Zeichnung links dargestellte Seite bildet eine erste Kolbenseite 4, an welcher im Betrieb der Zylinderanordnung als Kolbenspeicher eine Flüssigkeit, beispielsweise ein Öl oder ein Wasser-Glykol-Gemisch ansteht. Das so gebildete Flüssigkeitsvolumen 5 des Zylinders 1 ist nach außen begrenzt durch einen ersten Deckel 6. Letzterer weist eine zentrale Anschlussbohrung 7 zum Anschluss einer in der Zeichnung nicht dargestellten Hydraulikeinrichtung auf.
Im Betrieb ist das Flüssigkeitsvolumen 5 regelmäßig vollständig mit Flüssigkeit gefüllt. Um diese Flüssigkeit unter Druck zu halten und um Änderungen des Flüssigkeitsvolumens in der Hydraulikeinrichtung kompensieren zu können, ist zwischen der der ersten Kolbenseite 4 gegenüberliegenden zweiten Kolbenseite 8 und einem zweiten Deckel 9 und dem Zylinder 1 ein Gasvolumen 10 begrenzt. Dieses ist im Betrieb der Kolbenzylinderanordnung regelmäßig mit unter Druck stehendem Stickstoff, sofern es sich bei der Flüssigkeit um Öl handelt, oder mit Luft, wenn es sich bei der Flüssigkeit um Wasser-Glykol-Gemisch handelt, gefüllt.
Um eine Position und/oder eine Bewegung des Kolbens 2 in dem Zylinder 1 erfassen zu können, ist an dem zweiten Deckel 9 eine Anordnung 1 1 umfassend eine Strahlenquelle 12, mittels welcher ein Strahl einer nahezu monochromatischen Welle auf die zweite Kolbenseite 8 richtbar ist, und eine Erfassungseinrichtung 13, mittels welcher der Ort des Auftreffens des reflektierten Strahls erfassbar ist, angeordnet. Die Erfassungsrichtung kann einen Flächensensor umfassen. Ferner sind an dem zweiten Deckel 9 eine Gasdruckerfassungseinrichtung 14 und eine Temperaturerfassungseinrichtung 15 vorgesehen, die den Druck und die Temperatur des in dem Gasvolumen 10 befindlichen Gases erfassen. Die Anordnung 1 1 ist elektrisch mit einer Einrichtung 16 zur Ansteuerung der Strahlenquelle 12 und zur Auslesung der Erfassungseinrichtung 13 verbunden. Die Gasdrucker- fassungseinrichtung 14 ist elektrisch mit einem Signalwandler 17, die Temperaturerfassungseinrichtung 15 mit einem Signalwandler 18 verbunden.
Die Einrichtung 16 und die Signalwandler 17 und 18 wiederum sind elektrisch mit einer Signalverarbeitungseinrichtung 19 verbunden, welche unter Berücksichti- gung von Druck- und Temperaturkorrekturfunktionen aus den von der Einrichtung 16 erhaltenen Signalen an einem ersten Ausgang 20 die tatsächliche Position des Kolbens 2 im Zylinder 1 und an einem zweiten Ausgang 21 ein Signal abgibt, wel- ches bei einem in Bewegungsetzen des Kolbens 2 aus einer Ruhelage erzeugt wird.
Der konstruktive Aufbau des dargestellten Ausführungsbeispiels und dessen Wir- kungsweise sollen nun unter Bezugnahme auf Fig. 2 bis 6 weiter erläutert werden:
Wie in Fig. 2 erkennbar ist, welche den Kolben 2 in einer aus der Mitte zum ersten Deckel 6 verlagerten Position zeigt, wird mit Hilfe der Strahlenquelle 12 ein Strahl einer nahezu monochromatischen Welle, hier ein Laser-Strahl 22 auf die zweite Kolbenseite 8 ausgesendet. Wie in Fig. 6 erkennbar ist, ist die zweite Kolbenseite 8 mit einem Spiegel 23 versehen, der zumindest nahezu senkrecht zur Mittellängsachse L ausgerichtet ist. Da der Laster-Strahl 22 unter einem Winkel schräg zur Richtung der Längsmittelachse L auf den Spiegel 23 auftrifft, wird der reflektierte Strahl 24 unter einem entsprechenden Ausfallswinkel umgekehrten Vorzeichens zur Erfassungseinrichtung 13 reflektiert.
Wie durch Vergleich von Fig. 2 und 3 sinnfällig wird, verlagert sich der Auftreffpunkt des Laserstrahls 22 auf den Spiegel 23, wenn der Kolben 2 in dem Zylinder entlang der Mittellängsachse L verlagert wird, und zwar bei dem in Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel bei einer Verlagerung des Kolbens gemäß der Zeichnung nach rechts nach oben. Da der Einfallswinkel bezüglich der Mittellängsachse L konstant bleibt, wandert der Ort des Auftreffens P des reflektierten Strahls 24 auf der Erfassungseinrichtung 13 nach oben, so dass durch die Erfassung des Orts des Auftreffens P sowohl die Position des Kolbens 2 in dem Zylin- der 1 , als auch der Beginn einer Bewegung detektierbar ist.
Wie in Fig. 6 gezeigt, ist das Gasvolumen 10 von der Einrichtung 1 1 durch in eine von außen in eine Stufenbohrung 25 eingesetzter Glasscheibe abgetrennt. Zwischen die Stufe der Bohrung und die Glasscheibe ist eine Dichtung 27 eingesetzt. Gegen diese Dichtung ist die Glasscheibe mittels einer Gewindehülse 28, die in eine Gewindebohrung 29 eingedreht ist, gepresst. Bezugszeichenliste:
1 Zylinder
2 Kolben
3 Vertiefung
4 erste Kolbenseite
5 Flüssigkeitsvolumen
6 erster Deckel
7 Anschlussbohrung
8 zweite Kolbenseite
9 zweiter Deckel
10 Gasvolumen
1 1 Anordnung
12 Strahlenquelle
13 Erfassungseinrichtung
14 Gasdruckerfassungseinrichtung
15 Temperaturerfassungseinrichtung
16 Einrichtung
17 Signalwandler
18 Signalwandler
19 Signalverarbeitungseinrichtung
20 erster Ausgang
21 zweiter Ausgang
22 Laserstrahl
23 Spiegel
24 reflektierter Strahl
25 Stufenbohrung
26 Glasscheibe
27 Dichtung
28 Gewindehülse
29 Gewindebohrung
L Längsmittelachse
P Ort des Auftreffens

Claims

Patentansprüche:
1 . Verfahren zur Positions- und/oder Bewegungserfassung eines Kolbens (2) in einem eine Längsmittelachse (L) aufweisenden Zylinder (1 ), wobei auf einer ersten Kolbenseite (4) eine Flüssigkeit und an einer zweiten Kolbenseite (8) ein Gas ansteht,
dadurch gekennzeichnet,
dass unter einem von 90° verschiedenen Einstrahlwinkel in Richtung zur Längsmittelachse (L) ein Strahl (22) einer nahezu monochromatischen Welle auf die zweite Kolbenseite (8) eingestrahlt, von dieser reflektiert und der Ort des Auftreffens (P) des reflektierten Strahls (24) erfasst wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Strahl (22) einer nahezu monochromatischen Welle ein Laser-Strahl ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des an der zweiten Kolbenseite (8) anstehenden Gases erfasst wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des an der zweiten Kolbenseite (8) anstehenden Gases erfasst wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfluss des Gasdrucks und/oder der Temperatur auf den Ort des Auftreffens (P) des reflektierten Strahls (24) bei der Positions- und/oder Bewegungserfassung des Kolbens (2) berücksichtigt wird.
6. Zylinderanordnung mit einem Zylinder (1 ) und mit einem darin entlang der Längsmittelachse (L) des Zylinders (1 ) beweglichen Kolben (2), die geeignet ist, auf einer ersten Kolbenseite (4) anstehende Flüssigkeit von einem an einer zweiten Kolbenseite (8) anstehenden Gas zu trennen,
dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderanordnung eine Strahlenquelle (12) umfasst, mittels welcher ein Strahl (22) einer nahezu monochromatischen Welle unter einem von 90° verschiedenen Winkel auf die zweite Kolbenseite (8) richtbar ist, dass die zweite Kolbenseite (8) eine Einrichtung zur Reflexion des Strahls aufweist,
und dass die Zylinderanordnung eine Erfassungseinrichtung (13) umfasst, mittels welcher der Ort des Auftreffens (P) des reflektierten Strahls (24) erfassbar ist.
Zylinderanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlenquelle (12) eine Laserquelle ist.
Zylinderanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (13) einen Flächensensor umfasst, der vorzugsweise hinsichtlich seiner Empfindlichkeit auf die Eigenschaften der monochromatischen Welle abgestimmt ist.
Zylinderanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gasdruckerfassungseinrichtung (14) zum Erfassen des an der zweiten Kolbenseite (8) anstehenden Gasdrucks vorgesehen ist.
Zylinderanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperaturerfassungseinrichtung (15) zum Erfassen der Temperatur des an der zweiten Kolbenseite (8) anstehenden Gases vorgesehen ist.
Zylinderanordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinrichtung zur Berücksichtigung des Einflusses des Drucks und/oder der Temperatur auf den Ort des Auftreffens (P) des reflektierten Strahls (24) bei der Positions- und/oder Bewegungserfassung des Kolbens (2) vorgesehen ist. Zylinderanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Einrichtung zur Positions- und/oder Bewegungserfassung des Kolbens vorgesehen ist, die vorzugsweise elektrisch, elektromagnetisch, akustisch und/oder mechanisch die Kolbenposition und/oder -bewegung erfasst.
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