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Die Erfindung betrifft eine Sensoreinheit zum Überwachen eines Hydrauliksystems, ein Hydrauliksystem sowie eine Verwendung einer Sensoreinheit.
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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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DE 198 37 199 A1 offenbart ein System zum Erfassen eines Fehlers in einem Kraftstoffdrucksensor, bei dem eine Differenz zwischen zwei Drucksensoren in einem Kraftstoffzuführungsdurchlass ermittelt wird, wobei zwei Temperatursensoren zur Kompensation von Druckwerten eingesetzt werden.
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DE 10 2007 022 842 A1 offenbart ein Verfahren und eine Messanordnung zur Differenzdruckmessung mit zwei temperaturkomepnsierten Drucksensoren.
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Die Aufgabe der Erfindung ist, einen Sensor 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 ein Hydrauliksystems und eine Verwendung einer Sensoreinheit.
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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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Bezugszeichenliste
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- 2
- Pumpe
- 4
- Filter 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