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Die
Erfindung betrifft eine Sensoreinheit und ein System zum Überwachen
eines Hydrauliksystems, ein Hydrauliksystem, eine Verwendung einer Sensoreinheit
sowie ein Flugzeug.
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Hydrauliksysteme
sind in vielen Bereichen des Maschinenbaus anzutreffen, sei es in
Baumaschinen, in Automobilen oder in Flugzeugen. Der Vorteil von
Hydrauliksystemen liegt in einer hohen erreichbaren Kraftdichte,
einem relativ einfachen Aufbau von Aktuatoren und die Flexibilität in der
Integration und Anpassung eines Hydrauliksystems. Beim Beispiel
des Verkehrsflugzeugs bleibend führt
dies dazu, dass viele Systeme eines größeren Verkehrsflugzeugs geradezu
prädestiniert
für den
Einsatz von Hydraulikaktuatoren sind, da hydraulische Energie in zentralen
Bereichen des Flugzeugs bereitgestellt und unkompliziert über entsprechende
Leitungen an unterschiedlichste Verbraucher geleitet werden kann. Die
Verwendung von Hydrauliksystemen in Verkehrsflugzeugen setzt allerdings
voraus, dass der Betrieb unter allen denkbaren Situationen mit ausreichender Wahrscheinlichkeit
nicht zur Gefährdung
des Flugzeugs oder den darin befindlichen Personen führt. Dadurch
ist es unumgänglich,
betreffende Hydrauliksysteme zu überwachen.
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In
Hydrauliksystemen eines Flugzeugs könnten beispielsweise Filter
mittels Differenzdruckschaltern oder Differenzdruckmessgebern überwacht
werden, aus deren Messergebnissen eine Aussage über den Verschmutzungsgrad
des Filters getroffen werden könnte.
Des Weiteren werden ebenso verbreitet Absolutdruckmessgeber oder
-schalter zur Überwachung
des Förderdruckes
von Hydraulikpumpen eingesetzt. Zum Überwachen eines Flugzeughydrauliksystems
könnte
als weitere Messgröße die Temperatur
der Hydraulikflüssigkeit
des Pumpenleckagestroms ermittelt werden.
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Ein
derartiger konventioneller Ansatz basiert dabei auf dem Einsatz
von jeweils einer Messgebereinheit pro Messgröße, so dass für vier zu
bestimmende Größen vier
einzelne Sensoren erforderlich sind. Von der praktischen Realisation
wäre für jeden der
Sensoren außerdem
ein eigener Steckverbinder notwendig, an den besonders in einem
Verkehrsflugzeug strenge Anforderungen gestellt werden. Weiterhin
muss jeder dieser Sensoren an eine Leitung oder eine andere Komponente
des Hydrauliksystems angeschlossen werden, so dass im oben aufgeführten Falle
vier Anschlüsse
alleine zum Überwachen
notwendig sind und dies einen nicht unerheblichen Arbeitsaufwand
nach sich zieht.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist, einen Sensor und ein System zum Überwachen
eines Hydrauliksystems vorzuschlagen, bei dem die verwendete Anzahl
von Komponenten im Vergleich zum Stand der Technik verringert ist,
die Anzahl der notwendigen Schnittstellen zum Hydrauliksystem verringert
ist und gleichzeitig die Komplexität des Systems verringert wird.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch eine Sensoreinheit gemäß dem unabhängigen Anspruch
1. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen
einer erfindungsgemäßen Sensoreinheit
sind den Unteransprüchen
zu entnehmen.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung weist die erfindungsgemäße Sensoreinheit
mindestens zwei Drucksensoren auf, an denen jeweils für eine Temperaturkompensation
ein Temperatursensor angeordnet ist. Dies entspricht im Wesentlichen
einem System aus dem Stand der Technik, welches ebenfalls temperaturkompensierte
Drucksensoren – häufig piezoresistive
Elemente – verwendet.
Das erfindungsgemäße System
unterscheidet sich jedoch dadurch von diesem Stand der Technik,
dass der mindestens eine Temperatursensor dazu eingerichtet ist,
erfasste Temperaturwerte auch über
einen Signalausgang für
andere Zwecke als nur für
die Temperaturkompensation bereitzustellen. Dies bedeutet, dass
zum Erfassen der Temperatur des in dem Hydrauliksystem strömenden Hydraulikfluids
nicht ein zusätzlicher
und separater Temperatursensor verwendet werden muss. Dadurch kann
bereits die Anzahl der Komponenten, die zum Überwachen eines Hydrauliksystems
notwendig sind, verringert werden. Zudem müssen die Leitungen des Hydrauliksystems, welches überwacht
werden soll, weniger Schnittstellen als im Stand der Technik aufweisen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird statt der Verwendung eines einzelnen,
separaten Differenzdrucksensors zum Überwachen beispielsweise eines
Filters oder einer anderen Hydraulikkomponente lediglich der Vergleich
zwischen Absolutdruckwerten des ersten Drucksensors und des zweiten
Drucksensors durchgeführt.
Eine Voraussetzung dafür
ist die möglichst
exakte Druckbestimmung anhand der temperaturkompensierten Drucksensoren,
so dass auch geringere Druckdifferenzen durch Subtraktion eines
ermittelten Drucks des ersten Sensors von dem ermittelten Druck
des zweiten Sensors zuverlässig
festgestellt werden können.
Dadurch entfällt
mit einem separaten Differenzdrucksensor eine weitere Komponente
sowie zwei Schnittstellen an den Leitungen des Hydrauliksystems,
die im Stand der Technik durch die erste und die zweite Druckmessstelle
des Differenzdrucksensors benötigt
werden würden.
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Bereits
durch diese beiden genannten Aspekte der Erfindung kann eine deutliche
Reduktion der Komponenten, die zum Überwachen eines Hydrauliksystems
notwendig sind, geschaffen werden, ohne auf einen einzigen für die Überwachung
notwendigen Parameter verzichten zu müssen.
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Da
beide Drucksensoren gleichermaßen vom
Druck der Hydraulikflüssigkeit
beaufschlagt werden und die Druckdifferenz über der dazwischenliegenden
Komponente – etwa
eines Filters – deutlich unterhalb
des Systemdrucks liegt, kann einer der beiden Drucksensoren als
Redundanz für
den zweiten Drucksensor betrachtet werden. Gleiches gilt für die Temperatursignale
der jeweiligen Drucksensoren. Dadurch ist die zusätzliche
Schaffung einer Redundanz durch einen weiteren Drucksensor nicht
erforderlich und die Anzahl der Komponenten reduziert sich demnach
erneut.
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Besonders
bevorzugt werden die beiden Drucksensoren vor und hinter einem Filter
in dem zu überwachenden
Hydrauliksystem angeordnet, so dass aus der rechnerisch ermittelten
Druckdifferenz zwischen den beiden Drucksensoren der Druckabfall des
Filters gewonnen wird und eine verlässliche Aussage über den
Verschmutzungsgrad des Filters möglich
ist. Durch die beiden Drucksensoren kann demnach eine Ermittlung
des Pumpendrucks sowie des Druckabfalls über dem Filter erreicht werden,
wobei die Ermittlung des Pumpendrucks eine Redundanz aufweist.
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Besonders
vorteilhaft ist die Bündelung
der beiden Drucksensoren sowie der daran angeordneten Temperatursensoren
der Sensoreinheit in einem einzelnen kompakten Rahmen bzw. Gehäuse, so dass
die Verwendung eines einzigen Steckverbinders realisierbar ist, über den
sämtliche
Signale nach außen – etwa in
eine entsprechende Steuereinheit, Regeleinheit oder Recheneinheit – geführt werden. Daraus
resultiert eine weitaus geringere Verwendung von Steckverbindern
und Kabeln verglichen mit einem herkömmlichen Überwachungssystem für ein Hydrauliksystem
aus dem Stand der Technik.
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Weiterhin
ist bevorzugt, dass bereits in der integralen Einheit aus den Drucksensoren
und dem mindestens einen Temperatursensor eine Elektronikeinheit
integriert ist, die aus den beiden von den beiden Drucksensoren
ermittelten Druckwerten einen Differenzdruck bestimmt und an einem
Signalausgang bereitstellt. Dadurch wird zwar ein zusätzlicher Signalausgang
am Steckverbinder bereitgestellt, jedoch ist dadurch in einer nachgeschalteten
Steuereinheit, Regeleinheit oder Recheneinheit nicht mehr notwendig,
aus Absolutdrücken
einen Differenzdruck bestimmen zu müssen.
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Die
Aufgabe wird ferner gelöst
durch eine System zum Überwachen
eines Hydrauliksystems, eine Verwendung einer Sensoreinheit sowie
durch ein Flugzeug gemäß den Merkmalen
der weiteren unabhängigen
Ansprüche.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele
und den Figuren. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich
dargestellten Merkmale für
sich und in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung
auch unabhängig
von ihrer Zusammensetzung in den einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbeziehungen.
In den Figuren stehen weiterhin gleiche Bezugszeichen für gleiche
oder ähnliche
Objekte. Es zeigen:
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1:
einen Ausschnitt aus einem Hydrauliksystem mit konventioneller Druck-
und Temperaturmessung;
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2:
einen Ausschnitt aus einem Hydrauliksystem mit Druck- und Temperaturmessung
mit einer erfindungsgemäßen Sensoreinheit;
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3:
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems zum Überwachen
eines Hydrauliksystems; und
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4:
ein Flugzeug mit mindestens einem Hydrauliksystem mit mindestens
einer Sensoreinheit.
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1 zeigt
einen Ausschnitt aus einem Hydrauliksystem mit einer Pumpe 2,
einem Filter 4, einem Rückschlagventil 6 und
einem gemäß dem Stand
der Technik ausgebildeten Überwachungssystem 8.
Dieses beinhaltet einen ersten Drucksensor 10, einen zweiten
Drucksensor 12, einen Differenzdrucksensor 14 und
einen Temperatursensor 16. Die Drucksensoren 10, 12 und 14 sind
jeweils durch einen weiteren Temperatursensor 18, 20 und 22 erweitert,
wodurch Messungenauigkeiten aufgrund thermischer Effekte mittels
einer Temperaturermittlung und einer Kennlinienkorrektur (Ausgleich
des fehlerhaften Signals) eliminiert werden können und so die Genauigkeit
der Drucksensoren 10, 12 und 14 gesteigert werden
kann. Die Drucksensoren 10, 12 und 14 bilden
mit den Temperatursensoren 18, 20 und 22 bevorzugt
jeweils eine geschlossene Einheit, die jeweils lediglich einen Temperaturwert
an einem Signalausgang bereitstellt. Zum Ermitteln einer Temperatur
in einer Hydraulikleitung 24 zwischen der Pumpe 2 und dem
Filter 4 wird der separate Temperatursensor 16 eingesetzt,
der lediglich ein Temperatursignal an einem Signalausgang bereitstellt.
Zum Ermitteln des Verschmutzungsgrads des Filters 4 wird
der Drucksensor 14 eingesetzt, der ein temperaturkompensiertes
Drucksignal an einem Signalausgang bereitstellt.
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Diese
Anordnung gemäß dem Stand
der Technik ist aus den in der Beschreibungseinleitung genannten
Gründen
nachteilig. Anhand der 1 ist auch zu erkennen, dass
das System 8 aus dem Stand der Technik insgesamt fünf Schnittstellen
an dem Hydrauliksystem benötigt,
um ordnungsgemäß betrieben
zu werden. Diese Anzahl der Schnittstellen und generell die Anzahl
der eingesetzten Komponenten kann durch eine erfindungsgemäße Sensoreinheit
bzw. ein erfindungsgemäßes System
zum Überwachen
eines Hydrauliksystems deutlich reduziert werden.
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In 2 wird
eine erfindungsgemäße Sensoreinheit 26 gezeigt,
die an einem Hydrauliksystem, welches abschnittsweise in 2 gezeigt
wird, angeordnet ist. Sie beinhaltet einen ersten Drucksensor 28,
einen zweiten Drucksensor 30 und zwei Temperatursensoren 32 und 34.
Die Temperatursensoren 32 und 34 dienen zum Ermitteln
der Temperatur unmittelbar in der Nähe der Drucksensoren 28 und 30 und
ermöglichen
eine Kompensation von aufgrund thermischer Effekte verfälschten
Messsignalen. Hierzu ist jeweils eine Steuereinheit, Regeleinheit
oder Recheneinheit notwendig, die der Einfachheit halber nicht in 2 gezeigt
ist. Üblicherweise
sind Einheiten aus Drucksensor 28 und 30 und Temperatursensor 32 und 34 derart
kompakt und integriert ausgeführt,
dass sie als einzelne Komponente bereits ein temperaturkompensiertes
Drucksignal an einem Signalausgang ausgeben. Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung
wird das Temperatursignal der Temperatursensoren 32 und 34 jedoch
zusätzlich
abgegriffen und an weiteren Signalausgängen 40 und 42 bereitgestellt.
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Zum
Ermitteln der Druckdifferenz zwischen den Drucksensoren 28 und 30 ist
eine Auswerteeinheit, die in Form einer Elektronikeinheit 44 exemplarisch
in die Sensoreinheit 26 integriert ist und das Druckdifferenzsignal
an einem Signalausgang 46 ausgibt. Die Ermittlung der Druckdifferenz
zwischen den Drucksensoren 28 und 30 ist lediglich
beispielhaft in der erfindungsgemäßen Sensoreinheit 26 angeordnet,
sie kann ebenso gut in einer externen Recheneinheit, Steuereinheit
oder Regeleinheit angeordnet sein.
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Die
Drucksensoren 28 und 30 werden in der Darstellung
aus 2 vor und nach einem Filter 4 angeordnet,
so dass mittels des Drucksensors 28 der Druck aus der Pumpe 2 ermittelt
werden kann und aus der Druckdifferenz zwischen den Drucksensoren 28 und 30 der
Verstopfungs- oder Verschmutzungsgrad des Filters 4 berechenbar
gemacht wird. Erfindungsgemäß sind daher
lediglich zwei Schnittstellen in dem Hydrauliksystem notwendig,
nämlich
eine Schnittstelle vor und eine Schnittstelle nach dem Filter 4.
Selbstverständlich
kann eine erfindungsgemäße Sensoreinheit 26 auch
an anderen Komponenten eines Hydrauliksystems angeordnet werden
und ist nicht auf die Verwendung vor und nach einem Filter 4 oder
dergleichen beschränkt.
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Besonders
vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Sensoreinheit 26 als
kompakte Baueinheit ausgeführt,
die sämtliche
Signalausgänge 36, 38, 40, 42 und 46 an
einem einzigen Steckverbinder bereitstellt, so dass lediglich ein
einzelner Stecker montiert und ein einziges Kabel zum Übertragen
sämtlicher Signale
zu verlegen ist.
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In 3 wird
schematisch gezeigt, dass die erfindungsgemäße Sensoreinheit 26 über eine
einzige Verbindung 48 mittels eines einzigen Steckverbinders 50 über einen
weiteren Steckverbinder 52 an die als Steuereinheit, Regeleinheit
oder Recheneinheit 54 ausgeführte Auswerteeinheit angeschlossen
werden kann. Sollte es notwendig sein, die erfindungsgemäße Sensoreinheit 26 extrem
kompakt auszugestalten, könnte
es von Vorteil sein, die Bestimmung der Druckdifferenz zwischen
den Drucksensoren 28 und 30 durch die Steuereinheit,
Regeleinheit oder Recheneinheit 54 bestimmen zu lassen.
Dementsprechend könnte
die Anzahl der zu übertragenden Signale
und damit die Größe des Steckverbinders
reduziert werden. Die Steuer-, Regel- oder Recheneinheit 54 könnte dazu
eingerichtet sein, bei Verlassen eines tolerierten Betriebsbereichs
des Hydrauliksystems Schritte auszuführen, die eine Beschädigung des
Hydrauliksystems vorbeugen könnten.
Dies betrifft etwa das Ausschalten einer Pumpe, das Aktivieren eines
Notfallsystems oder dergleichen.
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Ferner
ist darauf hinzuweisen, dass ein Hydrauliksystem mit mehreren derartigen
Sensoreinheiten ausgerüstet
werden kann, wenn sich beispielsweise mehrere Pumpen und/oder Filter
und/oder redundante Leitungszweige in einem Hydrauliksystem befinden,
die sämtlich überwacht
werden sollten.
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Schließlich zeigt 4 ein
Flugzeug 56, das mit mindestens einem Hydrauliksystem ausgerüstet ist,
welches mindestens eine erfindungsgemäße Sensoreinheit 26 aufweist.
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Ergänzend ist
darauf hinzuweisen, dass „aufweisend” keine
anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine” oder „ein” keine Vielzahl ausschließt. Bezugszeichen
in den Ansprüchen
sind nicht als Einschränkung
anzusehen.
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- 2
- Pumpe
- 4
- Filter
- 6
- Rückschlagventil
- 8
- Überwachungssystem
(Stand der Technik)
- 10
- erster
Drucksensor
- 12
- zweiter
Drucksensor
- 14
- Differenzdrucksensor
- 16
- Temperatursensor
- 18
- Temperatursensor
- 20
- Temperatursensor
- 22
- Temperatursensor
- 24
- Hydraulikleitung
- 26
- Sensoreinheit
- 28
- erster
Drucksensor
- 30
- zweiter
Drucksensor
- 32
- Temperatursensor
- 34
- Temperatursensor
- 36
- Signalausgang
- 38
- Signalausgang
- 40
- Signalausgang
- 42
- Signalausgang
- 44
- Elektronikeinheit
- 46
- Signalausgang
- 48
- Verbindung
(Kabel)
- 50
- Steckverbinder
- 52
- Steckverbinder
- 54
- Steuereinheit,
Regeleinheit oder Recheneinheit
- 56
- Flugzeug