DE60205473T2 - Positionssensor für einen hydraulikkolben - Google Patents

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    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/20—Other details, e.g. assembly with regulating devices
    • F15B15/28—Means for indicating the position, e.g. end of stroke
    • F15B15/2815—Position sensing, i.e. means for continuous measurement of position, e.g. LVDT
    • F15B15/2869—Position sensing, i.e. means for continuous measurement of position, e.g. LVDT using electromagnetic radiation, e.g. radar or microwaves

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Hydraulikkolben. Insbesondere betrifft die Erfindung Positionssensoren, die zur Messung der Relativposition zwischen einem Kolben und einem Hydraulikzylinder verwendet werden.
  • Es werden unterschiedliche Arten von Verlagerungssensoren zur Messung der Relativposition eines Kolbens in einem Hydraulikzylinder verwendet. Jedoch sind Vorrichtungen für die Fernmessung einer absoluten Verlagerung in rauhen Umgebungen mit einem hohen Grad an Zuverlässigkeit gegenwärtig umfangreich und kostspielig. Beispiele für gegenwärtig verwendete Technologien sind magnetostriktive Vorrichtungen, die die Ausbreitungszeit eines mechanischen Signals entlang eines feinen Drahtpaares, das in einem abgedichteten Metallrohr eingeschlossen ist, verwenden, die sich dann in einer magnetostriktiv induzierten Veränderung bei den mechanischen Eigenschaften des im Draht bemerkbar macht. Eine andere Technologie verwendet einen absoluten Rotationscodierer, bei dem es sich um eine Vorrichtung zum Messen einer Rotation handelt. Die Umwandlung einer Translationsbewegung in eine Drehbewegung erfolgt typischerweise mit Hilfe von Zahnrädern, oder einem Kabel oder Band, das von einer federbelasteten Trommel abgewickelt wird. Absolute Codierer neigen dazu, dass sie nur einen begrenzten Bereich und/oder Auflösung besitzen. Rauhe Umgebungen, die einen hohen Erschütterungsgrad aufweisen, neigen dazu, absolute Skalen aus geätztem Glas nicht in Betracht zu ziehen, da diese kritische Ausrichtungsanforderungen stellen, für Sprödbruch anfällig sind und Fogging und Schmutz oft nicht vertragen. Diese Technologie erfordert zudem ein häufiges Rücksetzen auf null.
  • Ausgeführte Verlagerungsmessungen, wie z.B. das Berechnen der Translationsbewegung eines Zylinders durch Integration einer volumetrischen Strömungsrate in den Zylinder im Laufe der Zeit stehen vor mehreren Schwierigkeiten. Zunächst sind diese Vorrichtungen inkremental und erfordern eine häufige, manuelle Rücksetzung auf null. Zum Zweiten neigen solche Vorrichtungen dazu, empfindlich gegenüber Umweltauswirkungen, wie z.B. Temperatur und Dichte, zu sein. Sie erfordern eine Messung dieser Variablen zur Lieferung einer präzisen Verlagerungsmessung. Schließlich neigt die Integration der Strömung zur Bestimmung einer Verlagerung dazu, die Genauigkeit der Messung herabzusetzen. Diese Technologie ist zudem durch den dynamischen Messbereich der Strömungsmessung begrenzt. Strömungen oberhalb und unterhalb dieses Bereichs sind für sehr fehleranfällig.
  • Eine Technik, die zur Messung der Kolbenposition verwendet wird, verwendet elektromagnetische Ionisationsstöße und ist in den US-Patenten 5,977,778; 6,142,059 und in der WO 98/23867 beschrieben. Jedoch ist diese Technik anfällig für eine Emission von Strahlung in die Umgebung und lässt sich nur schwierig eichen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung liefert eine Vorrichtung nach Anspruch 1.
  • Eine Vorrichtung zum Messen der Relativposition eines Hydraulikkolbens in einem Zylinder kann eine Stange aufweisen, die sich in eine Bewegungsrichtung des Kolbens erstreckt und die fest mit dem Kolben oder dem Zylinder verbunden ist. Die Stange ist so ausgelegt, dass er einen Mikrowellenimpuls führt. Ein Gleitbauteil ist mit der Stange Leiter gleitend und mit dem jeweils anderen verbleibenden Kolben oder Zylinder fest verbunden. Der Gleitkontakt ist so ausgelegt, dass er eine teilweise Reflexion des Mikrowellenimpulses verursacht. Das Ende der distalen Stange liefert ebenfalls eine Reflexion. Die Kolbenposition wird als Funktion des reflektierten Mikrowellenimpulses vom Gleitkontakt und dem Leiterende berechnet.
  • Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Kurzbeschreibung der Erfindung anhand der Zeichnungen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Es zeigen:
  • 1A eine seitliche Querschnittsansicht einer hydraulischen Anordnung, die eine Schaltkreisanordnung zur Positionsmessung einschließt;
  • 1B eine Querschnitts-Draufsicht, die entlang der mit 1B-1B bezeichneten Linie in 1A genommen wurde;
  • 2A eine seitliche Querschnittsansicht einer hydraulischen Anordnung, welche eine Schaltkreisanordnung zur Positionsmessungs einschließt;
  • 2B eine Querschnitts-Draufsicht entlang der mit 2B-2B bezeichneten Linie in 2A;
  • 2C eine Perspektansicht eines abgetrennten Teils einer weiteren Ausführungsform einer hydraulischen Anordnung;
  • 3 eine seitliche Querschnittsansicht eines hydraulischen Systems, in welchem eine Stange außerhalb des Zylinders positioniert ist;
  • 4 eine seitliche Querschnittsansicht eines hydraulischen Systems, in welchem der Kolben zur Positionsmessung verwendet wird;
  • 5 eine seitliche Querschnittsansicht einer Kupplung; und
  • 6 ein hydraulisches System, welches ein Blockdiagramm einer Schaltkreisanordnung zur Positionsmessungs einschließt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • 1A zeigt eine seitliche Querschnittsansicht und 1B zeigt eine Querschnitts-Draufsicht einer hydraulischen Kolben/Zylinder-Anordnung 10 gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Die Anordnung 10 schließt einen Zylinder 12 ein, welcher darin einen Kolben 14 verschiebbar aufweist, wobei der Kolben mit einer Kolbenstange 16 verbunden ist. Der Kolben 14 bewegt sich in dem Zylinder 12 ansprechend auf Hydraulikfluid 18, das dem Innenraum des Zylinders 12 über eine Öffnung 19 zugeführt oder entnommen wird. Eine Dichtung 20 erstreckt sich um den Kolben 14, um ein Auslaufen des Hydraulikfluids über diesen hinaus zu verhindern. Stangen 22 erstrecken sich entlang der Länge des Zylinders 12 und sind mit der Positionsmes sungs-Schaltkreisanordnung 24 verbunden. Die Positionsmessungs-Schaltkreisanordnung 24 koppelt über Durchführungsverbindungen 38 an die Stangen 22. In dem Kolben 14 ist eine Öffnung 26 vorgesehen, so dass Hydraulikfluid in den Hohlraum 30 innerhalb des Kolbens 14 fließt. Die distalen Enden 32 der Stangen 22 können mit Hilfe einer Stütze 34 gehalten werden.
  • In Betrieb gleitet der Kolben 14 innerhalb des Zylinders 12, da Hydraulikfluid 18 in den Zylinder 12 eingebracht oder von diesem entfernt wird. Der Kolben 14 gleitet zudem entlang der Stangen 22, welche in einem Hohlraum 30 des Kolbens 14 aufgenommen werden. Obwohl die Stangen 22 an dem Zylinder 12 befestigt gezeigt sind, können sie auch am Kolben 14 befestigt sein und sich relativ zu dem Zylinder 12 bewegen.
  • Die Positionsmessungs-Schaltkreisanordnung 24 liefert eine Positions-Ausgangssignal basierend auf Reflexionen von Mikrowellensignalen, die mit den Stangen 22 gekoppelt sind. Das Mikrowellensignal wird an zwei Stellen auf den Stangen 22 reflektiert: an der Kontaktführung oder Buchse 40 und an den Stangenenden 32. Die Positionsmessungs-Schaltkreisanordnung spricht auf das Verhältnis der Zeitverzögerung zwischen den beiden reflektierten Signalen an, um die relative Position des Kolbens 14 im Zylinder 12 zu bestimmen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform verwendet die vorliegende Erfindung Micro Time Domain Reflectometry Radar (MTDR) (Mikro-Zeitbereichs-Reflektometrie-Radar). Bei der MTDR-Technologie handelt es sich um Technologie zur Messung der Ausbreitungszeit. Ein genau bestimmter Impuls oder ein gepulstes Mikrowellen-Radarsignal wird in ein geeignetes Medium gekoppelt. Das Radarsignal wird in Übertragungsleitungen gekoppelt, die in der Form dualer paralleler Leiter hergestellt sind. Diese Geometrie des dualen parallelen Leiters ist bevorzugt, da sie die ausgestrahlte elektromagnetische Störung (EMI) begrenzt. Die für das Erzeugen des Radarsignals, das Koppeln des Radarsig nals in die Übertragungsleitung, und das Messen des reflektierten Signals verantwortliche Vorrichtung wird hierbei als Wandler bezeichnet.
  • Die grundsätzliche MTDR-Messung wird durch das Senden eines Radarimpulses entlang einer langen, schlanken Übertragungsleitung, wie z. B. die Stangen 22 in 1, und durch das Messen der Dauer, mit mit einem hohen Grad an Genauigeit, wie lange das Signal benötigt, um zu einem Reflexionspunkt und wieder zurück zu gelangen, erzielt. Dieser Reflexionspunkt kann sich von dem distalen Ende 32 der Übertragungsleitung aus, oder von einem zweiten mechanischen Körper, beispielsweise einem Gleitkontakt, erstrecken, beispielsweise von der Stütze 34 aus, welche die Übertragungsleitung entlang ihrer Länge berührt oder benachbart zu dieser angeordnet ist. Falls der mechanische Körper (Gleitbauteil 40) so ausgelegt ist, dass er sich entlang der Länge der Übertragungsleitung bewegt, kann dessen Position aus der Durchgangszeit seines reflektierten Impulses bestimmt werden. Insbesondere wird ein Referenz-Radarimpuls, der an das Ende 32 der von den Stangen 22 gebildeten Übertragungsleitung gesendet wird, erzeugt und getaktet. Dieser wird dann mit der Impuls-Durchgangszeit, die von dem mechanischen Gleitkörper reflektiert wird, verglichen. Ein Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass die Messung von dem die Übertragungsleitung umgebenden Medium unabhängig ist.
  • Ein weiterer Vorteil dieses Messverfahrens liegt darin, dass die Messfrequenz ausreichend schnell ist, um die Positionsmessungen rechtzeitig zu differenzieren, um auf diese Weise eine Geschwindigkeit und Beschleunigung des Kolbens falls gewünscht zu erzielen. Darüber hinaus kann zudem durch geeignetes Anordnen der Geometrie der Übertragungsleitungen die Winkelverschiebung gemessen werden.
  • Eine erfindungsgemäße Ausführungsform schließt die Verwendung einer Übertragungsleitung aus zwei Bauelementen ein. Dadurch werden zwei Funktionen bereitgestellt: Zum Einen wird die Strahlung eingeschlossen, wodurch Staatsvorschriften erfüllt werden. Zum Zweiten kann es sich bei der zweiten Übertragungsleitung in unterschiedlichen Ausführungsformen um das Zylindergehäuse selbst handeln. Dieses ist im Hinblick auf die Messstange geerdet, wodurch es vor schädlichen Veränderungen in der dielektrischen Außenumgebung des Zylinders, wie z.B. einer Schlammschicht oder anderen äußeren Materialien, geschützt wird. In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist ein vorübergehendes Schutzverfahren vorgesehen, um ein elektronisches Versagen im Falle des Anlegens eines elektrischen Stromstoßes an den Zylinder zu verhindern.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung schließt die Verwaltung der Impedanzübergänge entlang der Verdrahtungsverbindungen zwischen der Frequenzerzeugungs-Schaltkreisanordnung und der Messungsübertragungsleitung ein. Weiche Übergänge werden bevorzugt. Dies wird vorzugsweise dadurch erreicht, indem der Abstand zwischen der Masse und dem Leiter über eine Länge ≥ ¼ der Wellenlänge des Impulses allmählich verändert wird. Fehlerhafte Impedanzanpassungen, die nicht allmählich auftreten, erscheinen als gedämpfte Schwingungen/als reflektierter Impuls zurück zum Messschaltkreis. Eine Einschränkung der zeitlich gemessenen Verschiebung liegt darin, dass die Messung der ersten paar Zoll typischerweise die größte Herausforderung darstellt, da der reflektierte Impuls eine sehr hohe elektrische Ladung "Q" aufweisen muss, damit er von dem ursprünglichen Impuls unterschieden werden kann. Schwach ausfallende Impedanz-Fehlanpassungen erzeugen ein reflektiertes Signal mit einer geringen elektrischen Ladung "Q", wodurch es zu Schwierigkeiten bei der Messung der Verschiebung in der Nähe der Nullposition kommt.
  • 2A ist eine seitliche Querschnittsansicht und 2B ist ein Draufsicht-Querschnitt eines hydraulischen Systems 58 gemäß einer weiteren Ausführungsform. In den 2A und 2B sind Elemente, die ähnlich den in den 1A und 1B veranschaulichten Bauelementen sind, mit den selben Bezugszeichen bezeichnet. In den 2a und 2B führt eine einzelne Stange 60 zwei separate Leitstangen. Diese Anordnung verringert die Anzahl von Öffnungen, die durch den Kolben 14 bereitgestellt werden müssen. Die Öffnungen 61 ermöglichen einen Fluidstrom durch die Führung 40 hinaus.
  • 2C ist eine Perspektivansicht eines abgetrennten Teils einer weiteren Ausführungsform eines hydraulischen Systems 70 gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform. In 2C gleiten Führungen 34 und 40 in der Kolbenstange 16 und weisen darin ausgebildete Öffnungen 61 auf. Eine Durchführungsverbindung 38 erstreckt sich von einer Basis 72 des Zylinders 12.
  • 3 ist eine Querschnittsansicht eines hydraulischen Systems 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform. In der Ausführung von 3 ist eine Stangenanordnung 102 außerhalb des Zylinders 12 angeordnet. Die Stange 104 ist am Kolben 14 an der Verbindung 106 befestigt und gleitet in der Kontaktgleitvorrichtung 108. Diese Konfiguration ist vorheilhaft, da der Kolben 14 und der Zylinder 12 keine Abänderung erforderlich machen. Ein Gehäuse 109 kann zur Bereitstellung einer Abschirmung aus Metall hergestellt sein, und die gesamte Anordnung 100 kann an elektrische Masse angeschlossen werden, um Störstrahlung aus dem Mikrowellensignal, das von der Positionsmessungs-Schaltkreisanordnung 24 erzeugt wird, zu verhindern.
  • 4 zeigt ein hydraulisches System 120 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Reflexionen werden am Ende 123 des Kolbens 14 und am Ende 125 des Zylinders 12 erzeugt. Bauelemente, die denen aus den 1A und 1B ähneln, sind mit den selben Bezugszeichen bezeichnet. In 4 ist ein leitendes zweites Antennenbauteil 122 vorgesehen, das den Zylinder 112 umgibt und mit elektrischer Masse verbunden ist. In dieser Ausfüh rungsform ist der Zylinder oder Kolben mit einem nichtleitenden Werkstoff beschichtet. Bei dem zweiten Antennenbauteil 122 kann es sich abhängig von der Außenumgebung um ein Gehäuse oder eine Metallstange handeln. (Vorzugsweise aus einem korrosionsbeständigen Werkstoff mit einem geeigneten Dielektrikum oder aus einem leitenden Werkstoff). Das zweite Antennenbauteil 122 ist mit dem Kolben 14 verbunden und bewegt sich mit diesem. Der Kolben 14 ist mit der Positionsmessungs-Schaltkreisanordnung 24 verbunden. In einer derartigen Ausführungsform kann eine Signalquelle direkt an das Basismetall des Zylinders gekoppelt und Reflexionen vom Ende des Zylinders erfasst werden. Zylinder und Kolben können auch in einer entgegengesetzten Konfiguration mit dem Radarsignal getrieben werden. Eine äußeres zweites leitendes Gehäuse kann den Zylinder und/oder Kolben umgeben, um zu verhindern, dass das System in die Umgebung abstrahlt.
  • 5 ist eine Querschnittsansicht der Kupplung 38, die beispielsweise mit einer Koaxialverkabelung 140 verbunden ist. Die Verkabelung 140 koppelt an eine Durchführung 142, welche wiederum an eine Mikrostrip-Leitung 144 koppelt. Ein Übertragungsstab 146 erstreckt sich durch eine Befestigungsvorrichtung 148 und ins Innere des Zylinders 12. Die gesamte Anordnung ist von der Durchführung 150 umgeben.
  • 6 zeigt ein hydraulisches System 180, das ein Blockdiagramm der Schaltkreisanordnung 24 zur Positionsmessung einschließt. Die Positionsmessungs-Schaltkreisanordnung 24 koppelt an die Kupplung 38 und schließt einen Mikrowellen-Transceiver 182 und eine Berechnungsschaltung 184 ein. Die Mikrowellen-Transceiver-Schaltung 182 weist einen Impulserzeuger 186 und einem Impulsempfänger 188 auf, die entsprechend bekannter Verfahren arbeiten. Derartige Verfahren sind beispielsweise in dem am 1. November 1994 erteilten US-Patent Nr. 5,361,070, in dem am 7. November 1995 erteilten US-Patent Nr. 5,465,094 und in dem am 11. März 1997 erteilten US-Patent Nr. 5,609,059, alle McEwan, beschrieben. Wie oben erörtert worden ist, misst die Berechungsschaltung 184 die Position des Kolbens (in 6 nicht gezeigt) relativ zum Zylinder 12 basierend auf dem Verhältnis der Zeitverzögerung zwischen den beiden Rückkehrimpulsen, einer vom Ende des Stabs und einer vom Gleitbauteil, das entlang des Stabs gleitet. Basierend auf diesem Verhältnis liefert die Berechnungsschaltung 184 ein Positions-Ausgangssignal. Dieses kann in einem Mikroprozessor oder einer anderen Logikvorrichtung realisiert werden. Darüber hinaus kann die analoge Schaltung so konfiguriert sein, dass sie ein mit der Position in Zusammenhang stehendes Ausgangssignal liefert.
  • Die vorliegende Erfindung verwendet ein Verhältnis zwischen zwei reflektierten Signalen zur Bestimmung der Kolbenposition. Ein reflektiertes Signal kann entlang des "Pegelstabs" vom Berührungspunkt aus übertragen werden und ein anderes Signal kann von dem Ende des Stabs reflektiert werden. Das Verhältnis zwischen der Ausbreitungszeit dieser beiden Signale kann zur Bestimmung der Kolbenposition verwendet werden. Ein solches Verfahren erfordert keine separate Kompensation der dielektrischen Abweichung im Hydrauliköl.
  • Unterschiedliche Aspekte der Erfindung schließen eine Vorrichtung zur Messung der Translationsbewegung mit einem Kolben oder Zylinder ein, welche MTDR-Ausbreitungszeitverfahren verwendet. Eine aus zwei Bauelementen bestehende MTDR-Übertragungsleitung kann vorgesehen sein, welche eine Länge aufweist, die für das Messen der erforderlichen Translationsbewegung geeignet ist. Die aus zwei Bauelementen gebildete Übertragungsleitung ist auch erwünscht, da sie die Streustrahlung verringert. Vorzugsweise ist eine Kupplung bereitgestellt, um ein Wandlerelement an die aus zwei Bauelementen bestehende Übertragungsleitung zu koppeln. Eine beliebige Art von Berührungskörper sollte sich entlang der Übertragungsleitung bewegen und eine Impedanz-Fehlanpassung liefern, um eine Reflexion in der Übertragungsleitung zu verursachen. Die Wandler- und/oder Signalaufbereitungselektronik kann gegen rauhe Umweltbedingungen abgedichtet werden. Eine analoge, digitale oder optische Verbindung kann für die Übertragung der gemessenen Versetzung an eine externe Vorrichtung vorgesehen sein.
  • Eine Übertragungsleitungs-Paar kann aus zwei separaten leitfähigen Durchgangsleitungen hergestellt werden. Beispielsweise kann es aus zwei Stäben mit oder ohne Isolierung gebildet sein. Die Stäbe können im Wesentlichen parallel entlang der Länge der Übertragungsleitung verlaufen. Der Stab oder die Stäbe können an dem Zylinder befestigt sein und ein mit dem Kolben verbundener Kontaktpunkt kann sich entlang der Länge des Stabs bewegen. Der Kontaktpunkt kann auch eine Stütze für den Stab oder die Stäbe bereitstellen. Die Stütze kann eine übermäßige Wölbung während starker Schwingungsbedingungen oder anderer Belastungen reduzieren oder verhindern. Es kann auch eine Kupplung für das Verbinden des Stabs durch die Zylinderwand vorgesehen sein.
  • Es können unterschiedliche Konfigurationen bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Beispielsweise können das Wandlerelement, der Signalerzeuger und die Signalverarbeitungselektronik in einem vor der Umwelt geschützten Gehäuse befestigt oder vom Zylinder beabstandet angeordnet sein. Das Übertragungsleitungs-Paar kann von zwei Leitern, die in einem im Wesentlichen starren nicht-leitenden Werkstoff eingebettet sind, befestigt sein. Die Leiter können im Wesentlichen parallel zueinander entlang der Länge der Übertragungsleitung verlaufen. Die Leiter können in einer Isolierung angeordnet und in der Form eines einzelnen Stabs hergestellt sein. Vorzugsweise sind die Werkstoffe kompatibel mit Kohlenwasserstoffen, welchen sie über einen langen Zeitraum ausgesetzt werden, wie beispielsweise denen, die in einem Hydraulikzylinder vorliegen.
  • Es können Fehlerdiagnosen bereitgestellt sein, um den Verlust oder die Verschlechterung des Kontaktpunkts oder einen Bruch oder eine Verschlechterung der Übertragungsleitung zu identifizieren. Der Kontaktpunkt (Gleitbauteil) kann aus einem Werkstoff mit einer Dielektrizitätskonstanten hergestellt sein, welcher sich vom Werkstoff, aus dem die Übertragungsleitung gebildet ist, unterscheidet, und sich vorzugsweise wesentlich unterscheidet. Beispiele für solche Werkstoffe können Aluminiumkontakt- und/oder mit Glas gefülltes PEEK einschließen. Jeder beliebige Kontaktpunkt kann vorgesehen sein, wie z.B. eine Walze oder ein stumpfer Körper, der entlang der Übertragungsleitung gleitet. Der Kontaktpunkt kann gegen die Übertragungsleitung gedrückt werden, indem eine geeignete Technik verwendet wird, wie z.B. eine Feder, eine magnetische Vorrichtung oder eine strömungsmechanische Vorrichtung. Es ist jedoch kein physischer Kontakt erforderlich.
  • Obwohl eine aus zwei Leitern gebildete Gehäusestange beschrieben wird, sind auch zusätzliche Ausführungsformen anwendbar, wobei der Zylinder selbst als ein Leiter angesehen werden kann und ein fester Stab darin verwendet werden kann. In derartigen Ausführungsformen ist es wichtig, dass das Zylindergehäuse selbst auf Betriebserde gehalten wird. Allgemein wird bei Zweileiter-Ausführungsformen bevorzugt, dass einer der Leiter auf Betriebserde gehalten wird.
  • In der vorliegenden Erfindung wird eine Absolutmessung bereitgestellt und eine Rücksetzung des Systems auf Null ist nicht erforderlich. Das System ist potentiell in der Lage, die Kolbenpositon mit einer Messgenauigkeit von weniger als plus oder minus einem Millimeter zu messen. Die maximale Messlänge (Zeitspanne) des Systems kann anforderungsgemäß angepasst werden und wird nur durch die Energie und durch die Geometrie der Übertragungsleitung eingeschränkt. Das System ist an rauhe Umgebungen gute angepasst, da es geeignete Werkstoffe verwendet, und liefert eine gute statische Dichtung zwischen dem Wandler und der Übertragungsleitung. Das System erfordert relativ wenig Energie und kann beispielsweise unter Verwendung von Zweidraht-Systemen von 4–20 mA betrieben werden, welche in der Prozesssteuerungsindustrie verwendet werden. Derartige Systeme nutzen Protokolle, wie z.B. HART®- und FielbusTM-Übertragungsverfahren.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben worden ist, versteht es sich, dass Änderungen hinsichtlich Form und Detail vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung gemäß Definition in den Ansprüchen abzuweichen.

Claims (9)

  1. Vorrichtung zum Messen der Relativposition eines Hydraulikkolbens (14) in einem Zylinder (12), welche Folgendes aufweist: einen Leiter (20; 60; 104; 14), der sich in eine Bewegungsrichtung des Kolbens (14) erstreckt, und der fest mit dem Kolben (14) oder dem Zylinder (12) verbunden ist, wobei der Leiter (22; 60; 104; 14) so ausgelegt ist, dass er einen Mikrowellenimpuls zwischen einer Verbindung (38) und einem distalen Ende (32) des Leiters (22; 60; 104; 14) führt; ein Gleitbauteil (40; 108), das mit dem jeweils anderen verbleibenden Kolben (14) oder Zylinder (12) gleitend verbunden ist; und eine Mikrowellen-Transceiver-Schaltkreisanordnung (182), die mit dem Leiter (22; 60; 104; 14) verbunden ist und so ausgelegt ist, dass sie Mikrowellenimpulse erzeugt und empfängt; dadurch gekennzeichnet, dass: das Gleitbauteil (40; 108) so ausgelegt ist, dass es eine teilweise Reflexion des Mikrowellenimpulses verursacht; und dass sie weiter Folgendes aufweist: eine Berechnungs-Schaltkreisanordnung (184), die dazu ausgelegt ist, die Kolbenposition als Funktion der reflektier ten Mikrowellenimpulse von dem Gleitbauteil (40; 108) und dem distalen Leiterende (32) zu berechnen.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter (20; 60; 104; 14) einen Stab aufweist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter (20; 60; 104; 14) zwei Stäbe aufweist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stäbe (20; 60; 104; 14) im Wesentlichen parallel zueinander sind.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitbauteil (40; 108) an dem Kolben (14) oder an dem Zylinder (12) befestigt ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter (20; 60; 104; 14) an dem Zylinder (12) oder an dem Kolben (14) befestigt ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter (20; 60; 104; 14) und das Gleitbauteil (40; 108) in dem Zylinder (12) angeordnet sind.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter (20; 60; 104; 14) und das Gleitbauteil (40; 108) außerhalb des Zylinders (12) angeordnet sind.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (14) der Leiter (12) ist.
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