NL2018424A - Cilinder en werkwiize voor het bepalen van een positie van een zuiger in een cilinderCilinder en werkwiize voor het bepalen van een positie van een zuiger in een cilinder - Google Patents

Abstract

De uitvinding betreft een cilinder (100, 200, 300), in het bijzonder voor het gebruik in een hydraulisch systeem, met een cilinderhuis (102, 202) met een cilindrische zijwand (103, 203); met een axiaal verschuifbaar in het cilinderhuis (102, 202) aangebrachte zuiger (101, 201 ); met meerdere zend-inrichtingen (1061 - 5061, 1062 - 5062, 1063 - 5063), welke aan het cilinderhuis (102, 202) aangebracht zijn en ingericht zijn om ultrasoonsignalen (108) in de zijwand (103, 203) van het cilinderhuis (102, 202) in te voeren; waarbij een aanstuurinrichting (111), waarmee de meerdere zend-inrichtingen (1061 - 5061, 1062 - 5062, 1063 - 5063) zodanig aanstuurbaar zijn, dat zich de in de zijwand (103, 203) van het cilinderhuis (102, 202) ingevoerde ultrasoon-signalen (108) zodanig overlappen, dat een signaal bij de positie van de zuiger (101, 201) boven een vooraf bepaalde drempelwaarde ligt.

Description

Cilinder en werkwijze voor het bepalen van een positie van een zuiger in een cilinder

De onderhavige uitvinding betreft een cilinder, in het bijzonder voor het gebruik in een hydraulisch systeem, en een werkwijze voor het bepalen van een positie van een zuiger in een cilinder, in het bijzonder voor het gebruik in een hydraulisch systeem.

Stand van de techniek

Voor de meting van een positie van een zuiger in een cilinder, in het bijzonder een hydraulische cilinder, zijn verscheidene meetwijzen bekend. Op looptijdmetingen van ultrasoon-signalen gebaseerde werkwijze tekenen zich af door een hoge robuustheid en hebben geen doorboring van de zuiger nodig. Zo is uit US 6 119 579 A een meetwijze bekend, waarbij ultrasoon-sensoren buiten aan een cilinder aangebracht zijn en aan de hand van de looptijd van de ultrasoon-meetsignalen de positie van de zuiger bepaald wordt.

Openbaring van de uitvinding

De onderhavige uitvinding betreft een cilinder, in het bijzonder voor het gebruik in een hydraulisch systeem, met de kenmerken van conclusie 1 en een werkwijze voor het bepalen van een positie van een zuiger in een cilinder, in het bijzonder voor het gebruik in een hydraulisch systeem met de kenmerken van conclusie 12.

De onderhavige uitvinding verschaft daartoe volgens een eerste aspect een cilinder, in het bijzonder voor het gebruik in een hydraulisch systeem, met een cilinderhuis met een cilindrische zijwand; met een axiaal verschuifbaar in het cilinderhuis aangebrachte zuiger; met meerdere zend-inrichtingen, welke aan het cilinderhuis aangebracht zijn en ingericht zijn, ultrasoon-signalen in de zijwand van het cilinderhuis in te voeren; waarbij een aanstuurinrichting, waarmee de meerdere zend-inrichtingen zodanig aanstuurbaar is, dat zich de in de zijwand van het cilinderhuis ingevoerde ultrasoon-signalen zodanig overlappen, dat een signaal bij de positie van de zuiger boven een vooraf bepaalde drempelwaarde ligt.

De onderhavige uitvinding verschaft daartoe volgens een tweede aspect een werkwijze voor het bepalen van een positie van een zuiger in een cilinder, in het bijzonder voor het gebruik in een hydraulisch systeem. De werkwijze omvat het aansturen van meerdere zend-inrichtingen voor het invoeren van ultrasoon-signalen in een zijwand van een cilinderhuis van de cilinder, waarbij zich de ingevoerde ultrasoon-signalen zodanig overlappen, dat een signaal bij de positie van de zuiger boven een vooraf bepaalde drempelwaarde ligt; alsook het aansturen van meerdere ontvangst-inrichtingen voor het ontvangen van de van de axiaal verschuifbaar in het cilinderhuis aangebrachte zuiger gereflecteerde ultrasoon-signalen.

Voorkeursuitvoeringen zijn onderwerp van de respectieve onderconclusies.

Het begrip „cilinder" omvat verscheidene zuiger-cilinder-eenheden, in het bijzonder een pneumatische cilinder en/of hydraulische cilinder en/of hubcilinder, zoals ze in vele machines toepassing vinden. De cilinder kan hierbij met ieder fluïdum gevuld zijn, in het bijzonder met iedere vloeistof of gas. Ook is de uitvinding niet tot een bepaalde vorm van de cilinder beperkt. Verder kan de verschuifbaar in het cilinderhuis aangebrachte zuiger in het bijzonder ook een membraan omvatten. Verder kunnen in het volgende meerdere zend-inrichtingen ook als ultrasoon-zendarray en/of meerdere ontvangst-inrichtingen als ultrasoon-ontvangstarray als betekend worden.

Het is in het bijzonder voordelig, dat het invoeren van ultrasoon-golven in de zijwand van de cilinder en de uitbreiding van ultrasoon-golven in de zijwand van de cilinder onafhankelijk van het bedrijfsomstandigheden van de hydraulische olie is. Daardoor is ook de bepaling van de zuigerpositie tegenover de temperatuur- en leeftijdsafhankelijke eigenschappen van de hydraulische olie uiterst robuust. Voor het overige is een upgrade van zend-inrichtingen, ontvangst-inrichtingen en evaluatie-inrichting voor bestaande cilinders eenvoudig mogelijk.

Het ultrasoon-zendarray kan zodanig aangestuurd worden, dat alle zend-inrichtingen gelijktijdig, d.w.z. zonder faseverschil, bedreven worden. Dit is in het bijzonder van voordeel, wanneer de ultrasoon-signalen bij de uitbreiding sterk gedempt worden en daarmee een hoge geluidsvermogen in de cilinderwand ingebracht moet worden.

Aangezien telkens afhankelijk van aantal, positie en fase van de aangestuurde zend-inrichtingen verdere posities binnen de cilinderwand optreden, waarbij de ultrasoon-signalen destructief interfereren resp. waarbij het interferentie-signaal onder een vooraf bepaalde drempelwaarde ligt, is het voordelig, wanneer de zend-inrichtingen in afhankelijkheid van de verwachte zuigerpositie aangestuurd worden.

Voorts is het mogelijk, dat enkel een zendinrichting of weinig zend-inrichtingen per meet-cyclus aangestuurd worden en indien nodig verdere zend-inrichtingen daarbij geschakeld worden. Deze wijze van aansturing spaart stroom en verhoogt daardoor de energie efficiëntie van het systeem resp. van de werkwijze.

Verder is een ultrasoon-zendarray op grond van zijn intrinsieke redundantie voordelig, aangezien het de meetzekerheid van het system resp. van de werkwijze verhoogt.

Volgens een verdere uitvoering omvat de cilinder tenminste een ontvangst-inrichting, welke aan het cilinderhuis aangebracht is en ingericht is om de van de zuiger gereflecteerde ultrasoon-signalen te ontvangen. Daardoor is gewaarborgd, dat de bij de positie van de zuiger resp. van de zuigerafdichting gereflecteerde ultrasoon-signalen detecteert worden kunnen en boven de looptijd, de tussen uitzenden en ontvangen van de ultrasoon-signalen voorbij is, en boven de geluidssnelheid de positie van de zuiger bepaald worden kan.

Voorts is het voordelig, wanneer door de aanstuurinrichting de meerdere zend-inrichtingen zodanig aanstuurbaar zijn, dat tussen de van de meerdere zend-inrichtingen in de zijwand van het cilinderhuis ingevoerde ultrasoon-signalen een bepaalbare faserelatie ligt, die in het bijzonder van 0° en 180° afwijkt. Deze faserelatie resp. dit faseverschil kan zodanig gekozen zijn, dat destructieve interferentie bij de positie van de zuiger resp. van de zuigerafdichting vermeden worden. Doelmatig is het faseverschil zo gekozen, dat het interferentie-signaal bij de positie van de zuiger resp. van de zuigerafdichting boven een vooraf bepaalde drempelwaarde ligt. Want daardoor is gewaarborgd, dat het aan de zuiger resp. aan de zuigerafdichting gereflecteerde signaal ook volgens terugkeer van de in wezen gelijke weglengte als de van de ingevoerde ultrasoon-signalen van tenminste een van de meerdere ontvangst-inrichtingen detecteert kan worden.

Volgens een verdere uitvoering omvat de cilinder meerdere ontvangst-inrichtingen, waarbij de aanstuurinrichting uit de meerdere ontvangst-inrichtingen tenminste een ontvangst-inrichting zodanig uitkiest, dat een ontvangen signaal van de tenminste een uitgekozen ontvangst-inrichting boven een vooraf bepaalde drempelwaarde ligt. Dit heeft het voordeel, dat het signaal tenminste van een van de meerdere ontvangst-inrichtingen detecteert worden kan en daarmee de positie van de zuiger bepaald kan worden.

Voor het overige is het van voordeel, wanneer door de aanstuurinrichting de meerdere ontvangst-inrichtingen zodanig aanstuurbaar zijn, dat de van de zuiger gereflecteerde ultrasoon-signalen uit een vooraf bepaalde richting te ontvangen zijn. Want hierdoor wordt gewaarborgd, dat uit verscheidene, bij de positie van de zuiger resp. van de zuigerafdichting gereflecteerde en daarmee uit verschillende richtingen stammende signalen, het signaal uitgekozen kan worden, welke de hoogste intensiteit bezit.

Verder is het doelmatig, wanneer de meerdere zend-inrichtingen aan het cilinderhuis zodanig aangebracht zijn, dat zich de in de zijwand van het cilinderhuis ingevoerde ultrasoon-signalen zodanig overlappen, dat het signaal bij de positie van de zuiger boven een vooraf bepaalde drempelwaarde ligt. Want hierdoor laat zich waarborgen, dat zich alleen door de aard van de inrichting van de individuele zend-inrichtingen de individuele ultrasoon-signalen bij de positie van de zuiger resp. van de zuigerafdichting constructief overlappen.

Volgens een verdere uitvoering van de uitvinding zijn de meerdere zend-inrichtingen langs een axiale richting van de zijwand van het cilinderhuis en/of langs een omtrek van de zijwand van het cilinderhuis aangebracht. De hierdoor gegeven vrijheidsgraad in de inrichting van de zend-inrichtingen is in het bijzonder dan voordelig, wanneer de cilinder ten opzichte van zijn doorsnede een grote lengte bezit, bijv. bij een verhouding van 1 op 5 of kleiner, resp. wanneer de cilinder ten opzichte van zijn doorsnede een geringe lengte bezit bijv. bij een verhouding van 5 op 1 of groter.

Voorts is het van voordeel, wanneer naburige zend-inrichtingen in axiale richting van de zijwand van het cilinderhuis en/of langs de omtrek van de zijwand van het cilinderhuis met gelijke afstand aangebracht zijn. Want daarmee is het bij een gelijksoortige aansturing van de zend-inrichtingen, was van een vaste faserelatie, resp. een vast faseverschil tussen twee naburige zend-inrichtingen gelijk komt, mogelijk, een constructieve overlap van de vanuit de individuele zend-inrichtingen uitgezonden ultrasoon-signalen bij de positie van de zuiger resp. van de zuigerafdichting te bereiken. Dit vermindert de complexiteit van de aansturing van de individuele zend-inrichtingen.

Een cilinder volgens deze verdere uitvoering kenmerkt zich daardoor, dat de meerdere zend-inrichtingen op een eindvlak van het cilinderhuis aangebracht zijn, wat bij bepaalden vereisten bij het cilinder voordelig kan zijn, aangezien geen plaats-verbruik bij de zijwand ontstaat.

Verder is het doelmatig, wanneer de meerdere ontvangst-inrichtingen op gelijke posities als de meerdere zend-inrichtingen aangebracht zijn en/of dat de meerdere zend-inrichtingen ook als ontvangst-inrichting ingericht zijn, om de van de zuiger gereflecteerde ultrasoon-signalen te ontvangen. Want daardoor wordt enerzijds de complexiteit van de aansturing vereenvoudigt en anderzijds wordt hierdoor plaats op de cilinderoppervlakken bespaard. Verder kunnen volgens de laatste aspecten van de verdere uitvoering de rollen van de zend- en ontvangst-inrichtingen ook tijdens het meten omgekeerd en mogelijkerwijs aan het benodigde zend- resp. ontvangst-vermogen aangepast worden.

Volgens een verdere uitvoering omvat de cilinder tenminste een evaluatie-inrichting, welke ingericht is, aan de hand van een looptijd van de ultrasoon-signalen tussen een uitzenden van de ultrasoon-signalen door de meerdere zend-inrichtingen en een ontvangen van de ultrasoon-signalen door de meerdere ontvangst-inrichtingen een positie van de zuiger te bepalen. Het uitbreidingsmedium van de ultrasoon-signalen is de binnenkant van de zijwand van het cilinderhuis. Een golf-uitbreidingssnelheid van de ultrasoon-signalen is daarmee goed te berekenen, aangezien de eigenschappen de cilinderwand bekend zijn. De geluidsnelheid resp. de groep-snelheid van de ultrasoon-signalen in de cilinderwand van de cilinders volgens de uitvinding hangt enkel van de golfmodus en van de geluidsfrequentie in de cilinderwand af. De eigenschappen de cilinderwand blijven echter tijdens de gehele bedrijfsduur van de cilinder in hoofdzaak onveranderd en de afhankelijkheden van de ultrasoon-uitbreiding kunnen daarmee in deterministische en reproduceerbare wijze berekend worden. Deze afhankelijkheid laat zich eenvoudig bij een sensor-inbouw kalibreren en blijft tijdens de levensduur van de cilinder constant. De cilinder volgens de uitvinding onderscheidt zich daarmee van cilinders met ultrasoon-sensoren, waarbij zich het ultrasoon-signaal in de hydraulische olie verspreidt. In het bijzonder is een hoge meetnauwkeurigheid mogelijk.

Volgens een verdere uitvoering van de werkwijze volgt een stap van het berekenen van een positie van de zuiger aan de hand van een looptijd van de ultrasoon-signalen tussen uitzenden en ontvangen van de ultrasoon-signalen. De hiervoor genoemde voordelen gelden op overeenkomende wijze ook voor de werkwijze.

Korte beschrijving van de tekeningen Er wordt getoond:

Fig. 1 een doorsnee-aanzicht van een zij-illustratie van een cilinder volgens de uitvinding;

Fig. 2 een uitsnede van een doorsnee-aanzicht van een zij-illustratie van een cilinder volgens de uitvinding;

Fig. 3 een bovenaanzicht op de kopzijde van de cilinder volgens de uitvinding;

Fig. 4 een zijaanzicht van de cilinder volgens de uitvinding;

Fig. 5 een zijaanzicht van de cilinder volgens de uitvinding in een alternatieve uitvoeringsvorm;

Fig. 6 een bovenaanzicht op de kopzijde van de cilinder volgens de uitvinding in de alternatieve uitvoeringsvorm; en

Fig. 7 een stroomdiagram voor een werkwijze volgens de uitvinding voor het bepalen van een positie van een zuiger in een cilinder.

In alle figuren zijn gelijke resp. functioneel-gelijke elementen en inrichtingen - voor zover niet anders aangegeven is - met dezelfde verwijzingsteken voorzien.

Beschrijving van de uitvoeringsvoorbeelden

Figuur 1 toont een cilinder 100, in het bijzonder een hydraulische cilinder voor het gebruik in een hydraulisch systeem. De cilinder 100 omvat een cilinderhuis 102 met een cilindrische zijwand 103, welke axiaal om een symmetrieas van de cilinder 100 ingericht is, en van een eerste buitenwand 104 in axiale richting van het cilinderhuis 102, welke de cilinder 100 in axiale richting begrenst. Tegenover de eerste buitenwand 104 is in een tweede buitenwand 115 van het cilinderhuis 102 een opening 105 ingericht, waarin een zuiger 101 axiaal verschuifbaar ingebracht is. Een positie van de zuiger 101 is door een afstand x van de eerste buitenwand 104 bepaald. De cilindrische zijwand 103 van het cilinderhuis 102 heeft een binnenkant 103a en een in radiale richting aan de buitenkant liggende buitenzijde 103b. De zuiger 101 heeft hierbij een afdichting 101a, welke een radiale buitenbereik van de zuiger 101 bepaalt, de buitenzijde 103b van het cilinderhuis contacteert en voor de afdichting van een drukkamer 116 tussen de zuiger 101 en de eerste buitenwand 104 van het cilinderhuis 102 dient.

Bij de cilindrische zijwand 103 zijn meerdere zend-inrichtingen 1061, 1062, 1063 aangebracht. De zend-inrichtingen 1061,1062,1063 omvatten telkens een opzet 1061a, 1062a, 1063a, welke bij de buitenzijde 103b van de cilindrische zijwand 103 van het cilinderhuis 102 aangebracht is. De opzetten 1061a, 1062a, 1063a bestaan hierbij bij voorkeur uit metaal met een eerste brekingsindex ni, waarbij zich van de eerste brekingsindex ni van een tweede brekingsindex Π2 van het cilinderhuis 102 onderscheidt.

De uitvinding is echter niet hiertoe beperkt. Zo kunnen de opzetten 1061a, 1062a, 1063a ook in de cilindrische zijwand 103 toegelaten zijn.

Op telkens een van de opzetten 1061a, 1062a, 1063a is telkens een zender 1061b, 1062b, 1063b aangebracht, welke ingericht zijn om een ultrasoon-signaal 108 door de opzetten 1061 a, 1062a, 1063a heen uit te zenden. Het ultrasoon-signaal 108 is hierbij typisch op een ultrasoon-golf gemoduleerd. Het ultrasoon-signaal kan in het bijzonder ook een golfpakket zijn.

De opzetten 1061a, 1062a, 1063a zijn wigvormig ingericht, zodat het van telkens een van de zender 1061b, 1062b, 1063b ingerichte ultrasoon-signaal 108 onder een invalshoek <pi ten opzichte van een vlaknormaal 109 op de cilindrische zijwand 103 treft. In het volgende is dit uit overweging van de overzichtelijkheid enkel bij een van de zend-inrichtingen 1063 getoond. Bij de grensvlakken 110 tussen opzet 106a en cilindrischer zijwand 103 wordt het ultrasoon-signaal 108 resp. De het ultrasoon-signaal 108 dragende ultrasoon-golf gebroken. De brekingshoek wordt hierbij bepaald uit de brekingswet van Snellius, dat wil zeggen volgens de volgende formule:

Hierbij is φ2 de hoek van uittreding van de ultrasoon-signalen 108 in het cilinderhuis 102. Bij bekende brekingsindexen ni en nz van de opzetten en van het cilinderhuis 102 wordt de invalshoek <pi zodanig ingesteld, dat de uittredingshoek φ2 in wezen 90° is, zodat zich het ultrasoon-signaal 108 langs de binnenkant 103a van de zijwand 103 van het cilinderhuis 102 verspreidt. De ultrasoon-signalen 108 van de meerdere zend-inrichtingen 1061, 1062, 1063 lopen dus parallel voor de cilindrische zijwand 103. Dergelijke ultrasoon-signalen 108, welke zich bij de binnenkant 103a van de zijwand 103 resp. binnen de zijwand 103 van het cilinderhuis 102 uitbreiden, worden als Rayleigh- of als Scholte-golven aangeduid. Aangezien de ultrasoon-signalen 108 van de meerdere zend-inrichtingen 1061,1062,1063 zich niet enkel langs de cilinder-as, maar ook boven de gezamenlijke zijwand 103 van het cilinderhuis 102 uitbreiden, interfereren de ultrasoon-signalen 108 van de meerdere zend-inrichtingen 1061,1062,1063. Er bevinden zich binnen de zijwand 103 locaties, waarbij de ultrasoon-signalen 108 elkaar constructief overlappen en er bevinden zich locaties, waarbij zich de ultrasoon-signalen 108 destructief overlappen. Op locaties, waarbij de ultrasoon-signalen 108 destructief interfereren, kan geen of enkel een geringe reflectie bij bijvoorbeeld de zuiger 101 resp. van de zuigerafdichting 101a volgen. Enkel op locaties, waarbij de ultrasoon-signalen 108 constructief interfereren, kan het ultrasoon-signaal 108 aan de zuiger 101 resp. van de zuigerafdichting 101a gereflecteerd worden.

Het gereflecteerde ultrasoon-signaal 108 plant zich aansluitend in tegengestelde richting voort en wordt van tenminste van meerdere ontvangst-inrichtingen 1071 ontvangen. De ontvangst-inrichtingen 1071 zijn hierbij bij voorkeur soortgelijk als de zend-inrichtingen 1061,1062, 1063 ingericht, dat wil zeggen de ontvangst-inrichtingen 1071 hebben ook telkens een opzet 1071a en telkens een daarop aangebrachte ontvanger 1071b.

Het is voorts mogelijk, dat de zend-inrichtingen 1061,1062,1063 en de ontvangst-inrichtingen 1071 identiek zijn, d.w.z. dat de inrichting ultrasoon-signalen 108 zowel uitzenden als ook ontvangen kan., of dat zij zodanig bij of op van de cilindrische zijwand 103 aangebracht zijn, dat een afstand xi resp. X2 van de eerste buitenwand 104 tot de zend-inrichtingen 1061, 1062, 1063 en tot de ontvangst-inrichtingen 1071 van gelijke grootte is. Dit is bijvoorbeeld het geval, wanneer een van de zend-inrichtingen 1061, 1062, 1063 en de ontvangst-inrichtingen 1071 op de gelijke omtrek van de cilinder 100 naast elkaar aangebracht zijn. In het volgende wordt uit overweging van de overzichtelijkheid daarvan uitgegaan, dat op de cilinder 100 langs de cilinder-as meerdere zend-inrichtingen 1061, 1062, 1063 en een ontvangst-inrichting 1071 aangebracht zijn. De zendinrichting 1061 en de ontvangst-inrichting 1071 zijn hierbij als één inrichting weergegeven.

De ontvangst-inrichting 1071 en de zend-inrichtingen 1061, 1062, 1063 zijn met een stuurinrichting 111 verbonden. De stuurinrichting 111 stuurt de zend-inrichtingen 1061,1062,1063. De stuurinrichting 111 omvat een evaluatie-inrichting 112, welke ingericht is, aan de hand van een looptijd 5t van de ultrasoon-signalen 108 tussen een uitzenden van de ultrasoon-signalen 108 door de zend-inrichtingen 106 en een ontvangen van de gereflecteerde ultrasoon-signalen 108 door de ontvangst-inrichting 1071 de positie van de zuiger 101, dat wil zeggen de afstand x tussen eerste buitenwand 104 en zuiger 101, te bepalen. De evaluatie-inrichting 112 meet daarbij een eerste tijdpunt ti van de uitzender van de ultrasoon-signalen 108 door de zend-inrichtingen 1061,1062,1063 en een tweede tijdpunt t2 van de ontvanger van de gereflecteerde ultrasoon-signalen 108 door de ontvangst-inrichting 1071. De looptijd 5t van de ultrasoon-signalen 108 is daarmee gegeven door 5t = t2 - ti. De evaluatie-inrichting 112 beschouwt bij het bepalen van een positie van de zuiger 101 een bekende afstand X2 van de zendinrichting 1061 en een bekende afstand xi van de ontvangst-inrichtingen 1071 van de eerste buitenwand 104 van het cilinderhuis 102. Een gezamenlijke afstand 5y van de ultrasoon-signalen 108 tussen zenden en ontvangen wordt berekend volgens de volgende formule:

Waarbij v de uitbreidingssnelheid van de ultrasoon-signalen 108 in het materiaal van de cilindrische zijwand 103 is. De gezamenlijke afstand 5y van de ultrasoon-signalen 108 is gelijk 2yi + x2 - xi, waarbij yi van de afstand van de zend-inrichtingen 106 van de zuiger 101 is. De dikte van de cilindrische zijwand 103 wordt hierbij verwaarloosd, aangezien deze klein is ten opzichte van de afstand yi van de zend-inrichtingen 106 van de zuiger 101 alsook een afstand x2 - xi van zend-inrichtingen 106 en ontvangst-inrichtingen 107. Aangezien de zendinrichting 1061 en de ontvangst-inrichting 1071 van de zijwand 103 op gelijke afstand zijn, is X2 -xi.

Hiermee wordt de afstand x van de zuiger van de eerste buitenwand 104:

De evaluatie-inrichting 112 is ingericht om aan de hand van deze formule de afstand x van de zuiger 101 van de eerste buitenwand 104 te meten.

Is bijvoorbeeld de uitbreidingssnelheid van de ultrasoon-signalen 108 in het materiaal van de cilindrische zijwand 103 gelijk 1500 m/s en is de afstand x2 van de zend-inrichtingen 106 van de eerste buitenwand 104 van het cilinderhuis 102 gelijk 10 cm en de afstand xi van de ontvangst-inrichtingen 107 van de eerste buitenwand 104 van het cilinderhuis 102 ook gelijk 10 cm, en is de looptijd 5t van de ultrasoon-signalen 108 gelijk 1 ms, zo krijgt men voor de afstand x van de zuiger 101 van de eerste buitenwand 104:

De evaluatie-inrichting 112 kan verder ingericht zijn om een reflectie van de ultrasoon-signalen 108 bij de tweede buitenwand 115 te beschouwen, waarbij deze reflectie van een deel van de ultrasoon-signalen resulteert, welke niet al bij het voorste punt 114 van de afdichting 101a van de zuiger 101 gereflecteerd werd. Verder kan de evaluatie-inrichting 112 ingericht zijn, de afstanden van de zender 1061b, 1062b, 1063b resp. van de ontvangst 1071b van de cilindrische zijwand 103 te beschouwen.

Verder is de evaluatie-inrichting 112 ingericht om een geluid-energie uitstraling van de ultrasoon-signalen 108 in een hydraulische olie in het binnenste van de cilinder te beschouwen. In het bijzonder wordt een intensiteit van de ultrasoon-signalen 108 zodanig gekozen, dat een voldoende signaal-ruisverhouding bij de signaalbepaling gewaarborgd wordt.

De uitvinding is niet hiertoe beperkt. Zo kan de evaluatie-inrichting 112 ook identiek zijn aan de zendinrichting 106.

Figuur 2 toont een uitsnede uit figuur 1, waarin de zijwand 103 van het ciiinderhuis 102 vergroot uitgebeeld is. Elk van de zend-inrichtingen 1061, 1062, 1063 zendt ultrasoon-signalen 1081,1082,1083 uit, welke zich langs van het binnen-vlak van de zijwand 103 uitbreiden. De golflengte van de ultrasoon-signalen 1081, 1082, 1083 kan zo gekozen worden, dat een amplitude van een ultrasoon-signaal 1080, welke zich uit de overlap van de ultrasoon-signalen 1081,1082,1083 bepaalt, aan het voorste punt 114 van de afdichting 101a van de zuiger 101, zo groot mogelijk is.

Bij voorkeur is het mogelijk, dat de stuurinrichting 111 (niet getoond) de zend-inrichtingen 1061,1062,1063 met een faseverschuiving zodanig aanstuurt, dat de amplitude van het ultrasoon-signaal 1080, welke wordt bepaald door de overlap van de ultrasoon-signalen 1081,1082,1083, aan het voorste punt 114 van de afdichting 101a van de zuiger 101 zo groot mogelijk is.

Figuur 3 toont een cilinder 200 volgens een tweede uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding. Hierbij zijn zend-inrichtingen 1061,2061, 3061,4061,5061 gelijk aan ontvangst-inrichtingen 1071,2071,3071, 4071,5071 en langs de omtrek van het ciiinderhuis 102 aangebracht. Elkevan de zend-inrichtingen 1061,2061,3061,4061,5061 is daarbij ingericht, coherente ultrasoon-signalen 108 uit te zenden. De locaties langs de zijwand 103 van het ciiinderhuis 102, waarbij de ultrasoon-signalen 108 constructief en destructief interfereren, variëren in afhankelijkheid van zowel het aantal ultrasoon-signalen 108 uitzendende zend-inrichtingen 1061, 2061,3061,4061,5061 als ook van de posities van de zend-inrichtingen 1061, 2061,3061,4061,5061. Daarmee kunnen doelmatig in afhankelijkheid van de verwachte zuigerpositie, de aan de hand empirische data geschat worden kan, enkele van de zend-inrichtingen 1061,2061,3061,4061,5061 uitgeschakeld of teruggeschakeld worden. Overeenkomstig kan voorzien zijn, dat niet alle van de ontvangst-inrichtingen 1071,2071,3071,4071,5071 ingezet worden, maar ook afhankelijk van de verwachte zuigerpositie en daarmee afhankelijk van de verwachte positie, waarbij het bij de zuigerafdichting 101a gereflecteerde ultrasoon-signaal 108 door een of enkele van de ontvangst-inrichtingen 1071,2071,3071,4071,5071 kan worden ontvangen.

In een alternatieve uitvoeringsvorm is het mogelijk, dat niet alle zend-inrichtingen 1061,2061,3061,4061,5061 of ontvangst-inrichtingen 1071.2071.3071.4071.5071 per meet-cyclus ingezet resp. aangestuurd worden. Het kan voorzien zijn, dat bij tussenstappen van de ontvangen ultrasoon-signalen 108 van een vooraf bepaalde geluidswaarde door een of enige van de ontvangst-inrichtingen 1071, 2071.3071.4071.5071 verdere ontvangst-inrichtingen en/of zend-inrichtingen teruggeschakeld worden, tot de bepaalbare drempel overschreden is.

Figuur 4 toont een zijaanzicht van een verdere uitvoering van de cilinder volgens de uitvinding 200 uit figuur 2. Er zijn hierbij zend-inrichtingen 1061, 1062, 1063 en de ontvangst-inrichtingen 1071, 1072, 1073 getoond, die telkens op gelijke locatie op het cilinderhuis 202 aangebracht zijn. Verder zijn de zend-inrichtingen 1061, 1062, 1063 en de ontvangst-inrichtingen 1071, 1072, 1073 op het cilinderhuis 202 langs de cilinder-as met een vooraf bepaalde afstand tot elkaar aangebracht. Voorts zijn zend-inrichtingen 2061,3061,4061,5061 en ontvangst-inrichtingen 2071,3071,4071, 5071 op het cilinderhuis 202 aangebracht, welke langs een omtrek van de cilinder 200, op welke ook de zendinrichting 1061 en de ontvangst-inrichting 1071 aangebracht zijn, aangebracht zijn. Voorts zijn zend-inrichtingen 2062, 3062, 4062, 5062 en ontvangst-inrichtingen 2072, 3072, 4072, 5072 op het cilinderhuis 202 aangebracht, welke langs een omtrek van de cilinder 200, op welke ook de zendinrichting 1062 en de ontvangst-inrichting 1072 aangebracht zijn, aangebracht zijn. Voorts zijn zend-inrichtingen 2063, 3063, 4063, 5063 en ontvangst-inrichtingen 2073, 3073, 4073, 5073 op het cilinderhuis 202 aangebracht, welke langs een omtrek van de cilinder 200, op welke ook de zendinrichting 1063 en de ontvangst-inrichting 1073 aangebracht zijn, aangebracht zijn. Deze arraystructuur, die zich daardoor kenmerkt, laat zich langs de cilinder-as verwijden of reduceren. Verder is het mogelijk, dat het aantal zend- en ontvangst-inrichtingen langs een omtrek van het cilinderhuis 202 vergroot of vermindert wordt. De stuurinrichting 111 (niet getoond), die met alle zend- en ontvangst-inrichtingen verbonden is, kan nu analog aan het in figuur 3 beschreven uitvoeringsvoorbeeld een bepaald aantal van de zend-inrichtingen 1061 - 5061,1062 - 5062, 1063 - 5063 en/of van de ontvangst-inrichtingen 1071 - 5071,1072 -5072,1073 - 5073 zodanig bedrijven, dat een bepaalbare faserelatie tussen het van het elke zend-inrichtingen 1061 - 5061,1062 - 5062, 1063 - 5063 ingevoerde ultrasoon-signalen 108 ligt. Daardoor kan gewaarborgd worden, dat aan het voorste punt 214 van de zuigerafdichting 201a het interferentie-signaal van alle uitgezonden ultrasoon-signalen boven een vooraf bepaalde drempelwaarde ligt en dat de richting van de gereflecteerde ultrasoon-signalen vastgesteld kan worden. Hierdoor kan het aantal bij aangestuurde resp. bedreven ontvangst-inrichtingen 1071 - 5071,1072 - 5072,1073 - 5073 gereduceerd worden.

In figuur 5 is een zijaanzicht en in figuur 6 een bovenaanzicht van een cilinder volgens de uitvinding 300 in van een alternatieve uitvoeringsvorm uitgebeeld. Hierbij zijn de zend-inrichtingen 1061 - 8061 alsook de ontvangst-inrichtingen 1071 - 8071 langs de rand van een eerste buitenwand 304 van de cilinder 300 aangebracht. Het is wederom doelmatig, wanneer telkens de zend-inrichtingen 1061 - 8061 en de ontvangst-inrichtingen 1071 - 8071 op gelijke positie aangebracht zijn.

In figuur 7 is een stroomdiagram voor een werkwijze 700 uitgebeeld volgens de uitvinding voor het bepalen van een positie van een zuiger 101,201 in een cilinder 100, 200, 300. De werkwijze 700 omvat een eerste stap 701 van het aansturen van meerdere zend-inrichtingen 1061 - 5061,1062 - 5062, 1063 - 5063 voor het uitzenden resp. invoeren van ultrasoon-signalen 108 in een zijwand 103, 203 van een cilinderhuis 102, 202. Hierbij worden de zend-inrichtingen 1061 - 5061, 1062 - 5062, 1063 - 5063 door een stuurinrichting 111 zodanig bedreven, dat de ultrasoon-signalen 108 bij een voorste punt 114, 214 van een zuigerafdichting 101a, 201a van een zuiger 101,201 constructief overlappen en daarmee een maximum bij geluidsintensiteit hebben, welke boven een vooraf bepaalde drempelwaarde ligt. De aansturing kan hierbij zodanig volgen, dat de van de zend-inrichtingen 1061 - 5061, 1062 - 5062,1063 - 5063 uitgezonden ultrasoon-signalen 108 een bepaalbaar faseverschil hebben.

De werkwijze 700 omvat verder een tweede stap 702 van het aansturen van meerdere ontvangst-inrichtingen 1071 -5071,1072-5072,1073-5073 voor het ontvangen van de aan het voorste punt 114, 214 van de zuigerafdichting101a, 201a van de zuiger 101,201 gereflecteerde ultrasoon-signalen 108.

Verder omvat de werkwijze 700 een derde stap 703 van het berekenen van een positie van de zuiger 101,201, dat wil zeggen van een afstand x van de zuiger 101,201 van een eerste buitenwand 104, 304 van de cilinder 100, 200, 300. Het berekenen van de positie wordt hierbij aan de hand van een looptijd öt van de ultrasoon-signalen 108 tussen het uitzenden en het ontvangen van de ultrasoon-signalen 108 berekend.

Claims (13)

1. Cilinder (100, 200, 300), in het bijzonder voor het gebruik in een hydraulisch systeem, met een cilinderhuis (102, 202) met een cilindrische zijwand (103, 203); met een axiaal verschuifbaar in het cilinderhuis (102, 202) aangebrachte zuiger (101); met meerdere zend-inrichtingen (1061 - 5061, 1062 - 5062, 1063 - 5063), welke aan het cilinderhuis (102, 202) aangebracht zijn en ingericht zijn om ultrasoon-signalen (108) in de zijwand (103, 203) van het cilinderhuis (102, 202) in te voeren; gekenmerkt door een aanstuurinrichting (111), waarmee de meerdere zend-inrichtingen (1061 - 5061, 1062 - 5062, 1063 - 5063) zodanig aanstuurbaar zijn, dat zich de in de zijwand (103, 203) van het cilinderhuis (102, 202) ingevoerde ultrasoon-signalen (108) zodanig overlappen, dat een signaal op een positie van de zuiger (101,201) boven een vooraf bepaalde drempelwaarde ligt.

2. Cilinder (100, 200, 300) volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt, dat de cilinder (100, 200, 300) tenminste een ontvangst-inrichting (1071 -5071, 1072 - 5072,1073 - 5073) bezit, welke aan het cilinderhuis (102, 202) aangebracht is en ingericht is om de van de zuiger (101,201) gereflecteerde ultrasoon-signalen (108) te ontvangen.

3. Cilinder (100, 200, 300) volgens conclusie 1 of 2, daardoor gekenmerkt, dat door de aanstuurinrichting (111) de meerdere zend-inrichtingen (1061 - 5061,1062 - 5062,1063 - 5063) zodanig aanstuurbaar zijn, dat tussen de van de meerdere zend-inrichtingen (1061 - 5061, 1062 - 5062, 1063-5063) in de zijwand (103, 203) van het cilinderhuis (102, 202) ingevoerde ultrasoon-signalen (108) een bepaalbare faserelatie ligt.

4. Cilinder (100, 200, 300) volgens een van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt, dat de cilinder (100, 200, 300) meerdere ontvangst-inrichtingen (1071 - 5071, 1072 - 5072, 1073 - 5073) bezit, waarbij de aanstuurinrichting (111) uit de meerdere ontvangst-inrichtingen (1071 -5071, 1072-5072, 1073-5073) tenminste een ontvangst-inrichting (1071 -5071, 1072-5072,1073-5073) zodanig uitkiest, dat een ontvangen signaal van de tenminste een uitgekozen ontvangst-inrichting (1071 -5071, 1072-5072,1073-5073) boven een vooraf bepaalde drempelwaarde ligt.

5. Cilinder (100, 200, 300) volgens een van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt, dat door de aanstuurinrichting (111) de meerdere ontvangst-inrichtingen (1071 - 5071, 1072 - 5072, 1073 - 5073) zodanig aanstuurbaar zijn, dat de van de zuiger (101,201) gereflecteerde ultrasoon-signalen (108) uit een vooraf bepaalde richting te ontvangen zijn.

6. Cilinder (100, 200, 300) volgens een van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt, dat de meerdere zend-inrichtingen (1061 - 5061, 1062 - 5062, 1063 - 5063) aan het cilinderhuis (102, 202) zodanig aangebracht zijn, dat zich de in de zijwand (103, 203) van het cilinderhuis (102, 202) ingevoerde ultrasoon-signalen (108) zodanig overlappen, dat het signaal bij de positie van de zuiger (101,201) boven een vooraf bepaalde drempelwaarde ligt.

7. Cilinder (100, 200, 300) volgens conclusie 6, daardoor gekenmerkt, dat de meerdere zend-inrichtingen (1061 -5061, 1062-5062,1063-5063) langs een axiale richting van de zijwand (103, 203) van het cilinderhuis (102, 202) en/of langs een omtrek van de zijwand (103, 203) van het cilinderhuis (102, 202) aangebracht zijn.

8. Cilinder (100, 200, 300) volgens conclusie 6 of 7, daardoor gekenmerkt, dat naburige zend-inrichtingen (1061 - 5061,1062 - 5062,1063 - 5063) in axiale richting van de zijwand (103, 203) van het cilinderhuis (102, 202) en/of langs de omtrek van de zijwand (103, 203) van het cilinderhuis (102, 202) met gelijke afstand aangebracht zijn.

9. Cilinder (100, 200, 300) volgens conclusie 6, daardoor gekenmerkt, dat de meerdere zend-inrichtingen (1061 - 5061, 1062 - 5062, 1063 - 5063) op een eindvlak (104, 304) van het cilinderhuis (102, 202) aangebracht zijn.

10. Cilinder (100, 200, 300) volgens een van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt, dat de meerdere ontvangst-inrichtingen (1071 -5071,1072 - 5072,1073 - 5073) op gelijke posities als de meerdere zend-inrichtingen (1061 - 5061, 1062 - 5062, 1063 - 5063) aangebracht zijn en/of dat de meerdere zend-inrichtingen (1061 - 5061,1062 - 5062, 1063 - 5063) ook ais ontvangst-inrichting (1071 - 5071,1072 - 5072, 1073 - 5073) ingericht zijn, om de van de zuiger (101,201) gereflecteerde ultrasoon-signalen (108) te ontvangen.

11. Cilinder(100, 200, 300) volgens een van de voorgaande conclusies gekenmerkt door tenminste een evaluatie-inrichting, welke ingericht is om aan de hand van een looptijd van de ultrasoon-signalen (108) tussen een uitzenden van de ultrasoon-signalen (108) door de meerdere zend-inrichtingen (1061 - 5061,1062 - 5062,1063 - 5063) en een ontvangen van de ultrasoon-signalen (108) door de meerdere ontvangst-inrichtingen (1071 -5071, 1072-5072, 1073-5073) een positie van de zuiger (101, 201) te bepalen.

12. Werkwijze (700) voor het bepalen van een positie van een zuiger (101, 201) in een cilinder (100, 200, 300), in het bijzonder in een cilinder (100, 200, 300) volgens een van de voorgaande conclusies, met de stappen: aansturen (701) van meerdere zend-inrichtingen (1061 - 5061, 1062 -5062, 1063 - 5063) voor het invoeren van ultrasoon-signalen (108) in een zijwand (103, 203) van een cilinderhuis (102, 202) van de cilinder (100, 200, 300), waarbij de ingevoerde ultrasoon-signalen (108) zodanig overlappen, dat een signaal bij de positie van de zuiger (101,201) boven een vooraf bepaalde drempelwaarde ligt; alsook aansturen (702) van meerdere ontvangst-inrichtingen (1071 - 5071, 1072 - 5072, 1073 - 5073) voor het ontvangen van de van de axiaal verschuifbaar in het cilinderhuis (102, 202) aangebrachte zuiger (101, 201) gereflecteerde ultrasoon-signalen (108).

13. Werkwijze volgens conclusie 12 met de stap van het berekenen van een positie van de zuiger (101,201) aan de hand van een looptijd van de ultrasoon-signalen (108) tussen uitzenden en ontvangen van de ultrasoon-signalen (108).