DE102013224819A1

DE102013224819A1 - Hydraulic cylinder with measuring system for determining the position of a piston and method for detecting a seal leakage on a hydraulic cylinder

Info

Publication number: DE102013224819A1
Application number: DE102013224819.9A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Arnold
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-12-04
Filing date: 2013-12-04
Publication date: 2015-06-11
Also published as: RU2014148712A3; RU2681556C2; RU2014148712A

Abstract

Offenbart ist ein Hydraulikzylinder (1), der mit einem Messsystem ausgerüstet ist zur Bestimmung einer Position eines in dem Hydraulikzylinder (1) bewegbaren Kolbens (2). Der Kolben (2) trennt eine erste Kammer (10) von einer zweiten Kammer (B). Weiter weist der erfindungsgemäße Hydraulikzylinder (1) einen Ultraschallsensor (4) auf, von dem Ultraschallwellen (24, 26) gleichermaßen aussendbar und empfangbar sind. Für den Messvorgang breiten sich die Ultraschallwellen in der ersten Kammer (10) aus, die über eine Öffnung (6) mit der Atmosphäre verbunden ist.Disclosed is a hydraulic cylinder (1) which is equipped with a measuring system for determining a position of a in the hydraulic cylinder (1) movable piston (2). The piston (2) separates a first chamber (10) from a second chamber (B). Furthermore, the hydraulic cylinder (1) according to the invention has an ultrasonic sensor (4) from which ultrasonic waves (24, 26) can be emitted and received equally. For the measuring process, the ultrasonic waves propagate in the first chamber (10), which is connected via an opening (6) with the atmosphere.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hydraulikzylinder mit einem Messsystem zur Bestimmung einer Position eines in dem Hydraulikzylinder bewegbaren Kolbens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The invention relates to a hydraulic cylinder with a measuring system for determining a position of a piston movable in the hydraulic cylinder according to the preamble of patent claim 1.

Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Feststellen einer Leckage an einer Dichtung des Hydraulikzylinders gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 11. Furthermore, the invention relates to a method for detecting a leakage at a seal of the hydraulic cylinder according to the preamble of patent claim 11.

In der EP 1 079 118 A2 ist ein Messsystem zur Bestimmung einer Position eines Kolbens in einem Hydraulikzylinder beschrieben. Bei dieser wird mittels eines Ultraschallsensors trotz der in dem Hydraulikzylinder herrschenden Druck- und Temperaturunterschiede des Fluids, die bekanntermaßen die Ausbreitungsgeschwindigkeit von UItraschallwellen darin beeinflussen, eine Position eines Kolbens in dem Hydraulikzylinder bestimmt. In the EP 1 079 118 A2 a measuring system for determining a position of a piston in a hydraulic cylinder is described. In this case, a position of a piston in the hydraulic cylinder is determined by means of an ultrasonic sensor despite the prevailing in the hydraulic cylinder pressure and temperature differences of the fluid, which are known to influence the propagation velocity of UItraschallwellen therein.

Erreicht wird dies durch Verwendung eines Drucksensors und eines Temperatursensors, womit ein Druck und eine Temperatur in einer mit Fluid beaufschlagten Kammer gemessen werden, in der auch der Ultraschallsensor angeordnet ist. Daraus wird dann die Geschwindigkeit der sich unter diesen Bedingungen der in dem Fluid ausbreitenden Ultraschallwellen ermittelt. Zusammen mit einer Zeit, die vom Aussenden der Ultraschallwellen aus dem Ultraschallsensor bis zum Empfangen der vom Kolbenboden reflektierten Ultraschallwellen im Ultraschallsensor verstrichen ist, kann die Kolbenposition im Hydraulikzylinder bestimmt werden. This is achieved by using a pressure sensor and a temperature sensor, whereby a pressure and a temperature are measured in a fluid-loaded chamber, in which the ultrasonic sensor is arranged. From this, the speed of the ultrasonic waves propagating in the fluid is determined. Along with a time elapsed from the emission of the ultrasonic waves from the ultrasonic sensor to the reception of the ultrasonic waves reflected from the piston crown in the ultrasonic sensor, the piston position in the hydraulic cylinder can be determined.

Die hier vorgeschlagene Lösung für ein Messsystem zur Bestimmung einer Position benötigt zusätzlich zu dem Ultraschallsensor Bauteile wie beispielsweise einen Drucksensor. Weiter ist ein hoher Rechen- und Messaufwand erforderlich, um trotz der in einem Hydraulikzylinder sich verändernden Drücke und Temperaturen zu einem genauen Ergebnis für die Kolbenposition zu gelangen. Ein Verfahren zum Feststellen einer Leckage an einem Dichtelement eines Hydraulikzylinders ist aus dieser Druckschrift nicht bekannt. The solution proposed here for a measuring system for determining a position requires components such as a pressure sensor in addition to the ultrasonic sensor. Furthermore, a high calculation and measuring effort is required to arrive at a precise result for the piston position, despite the varying pressures and temperatures in a hydraulic cylinder. A method for detecting a leakage at a sealing element of a hydraulic cylinder is not known from this document.

Demgegenüber hat die vorliegenden Erfindung zur Aufgabe, einen Hydraulikzylinder mit einem Messsystem zur Bestimmung einer Position eines in dem Hydraulikzylinder bewegbaren Kolbens zu schaffen, bei dem trotz der in einem Hydraulikzylinder herrschenden unterschiedlichen Drücke und Temperaturen die Positionsbestimmung mit hoher Genauigkeit erfolgt und sich zudem kostengünstig und bauraumoptimiert verwirklichen lässt. In contrast, the present invention has for its object to provide a hydraulic cylinder with a measuring system for determining a position of a movable piston in the hydraulic cylinder, in which despite the prevailing in a hydraulic cylinder different pressures and temperatures, the position determination is carried out with high accuracy and also cost-effective and space-optimized can be realized.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weiter ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Feststellen einer Leckage an einem Dichtelement eines Hydraulikzylinders zur Verfügung zu stellen, mit dem sich auf einfache Art und Weise und mit hoher Genauigkeit eine solche Leckage an einem Dichtelement eines Hydraulikzylinders feststellen lässt. This object is solved by the features of patent claim 1. Furthermore, it is an object of the present invention to provide a method for detecting a leakage at a sealing element of a hydraulic cylinder, with which can be determined in a simple manner and with high accuracy such leakage to a sealing element of a hydraulic cylinder.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 11 gelöst. This object is solved by the features of claim 11.

Ein erfindungsgemäßer Hydraulikzylinder mit einem Messsystem zur Bestimmung einer Position eines in dem Hydraulikzylinder bewegbaren Kolbens weist eine, insbesondere über eine Öffnung mit der Atmosphäre verbundene beziehungsweise eine luftgefüllte, erste Kammer und eine von dieser durch den Kolben getrennte zweite Kammer auf. Weiter weist ein solcher Hydraulikzylinder einen Ultraschallsensor zum Aussenden und Empfangen von Ultraschallwellen auf, wobei die Position des Kolbens mittels des Ultraschallsensors über die erste Kammer des Hydraulikzylinders bestimmbar ist und in der ersten Kammer ein im Wesentlichen konstanter Druck vorherrscht. A hydraulic cylinder according to the invention with a measuring system for determining a position of a piston movable in the hydraulic cylinder has a first chamber, in particular connected to the atmosphere via an opening, or an air-filled first chamber and a second chamber separated therefrom by the piston. Furthermore, such a hydraulic cylinder has an ultrasonic sensor for emitting and receiving ultrasonic waves, wherein the position of the piston can be determined by means of the ultrasonic sensor via the first chamber of the hydraulic cylinder and in the first chamber a substantially constant pressure prevails.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die Ausbreitung der Ultraschallwellen zur Positionsbestimmung des Kolbens durch einen in einem Fluid, wie beispielsweise Öl oder Druckluft, herrschenden Druck nicht beeinträchtigbar ist, weil die Bestimmung des Kolbens erfindungsgemäß über die erste Kammer des Hydraulikzylinders erfolgt, die über eine Öffnung mit der Atmosphäre verbunden ist und somit darin ein im Wesentlichen konstanter Druck vorherrscht. An advantage of the present invention is that the propagation of the ultrasonic waves for determining the position of the piston by a pressure prevailing in a fluid such as oil or compressed air, pressure is not impaired, because the determination of the piston according to the invention via the first chamber of the hydraulic cylinder takes place over an opening is connected to the atmosphere and thus a substantially constant pressure prevails therein.

Gemäß der vorliegenden Erfindung können die Ultraschallwellen derart aussendbar sein, dass sie sich in der ersten Kammer des Hydraulikzylinders in Richtung auf den Kolben ausbreiten. According to the present invention, the ultrasonic waves may be made to propagate in the first chamber of the hydraulic cylinder in the direction of the piston.

Vorteilhafterweise werden durch die röhrenförmige Geometrie des Hydraulikzylinders beziehungsweise der ersten Kammer die Ultraschallwellen fokussiert, so dass mit einem relativ leistungsschwachen Ultraschallsensor selbst große Abstände mit einer hohen Genauigkeit messbar sind. Advantageously, the ultrasound waves are focused by the tubular geometry of the hydraulic cylinder or the first chamber, so that even large distances can be measured with high accuracy with a relatively low-power ultrasound sensor.

Erfindungsgemäß kann der Ultraschallsensor in einem Boden der ersten Kammer angeordnet sein. Insbesondere kann der Ultraschallsensor derart angeordnet sein, dass er mit seiner Längsachse zumindest etwa auf einer Symmetrieachse des Kolbens liegt. Weiter vorteilhaft kann der Ultraschallsensor mit seiner Abstrahlfläche etwa senkrecht zu der Symmetrieachse des Kolbens ausgerichtet sein, um ungewünschte Reflexionen an den Innenwänden des Hydraulikzylinders zu minimieren. According to the invention, the ultrasonic sensor can be arranged in a bottom of the first chamber. In particular, the ultrasonic sensor may be arranged such that it lies with its longitudinal axis at least approximately on an axis of symmetry of the piston. Further advantageously, the ultrasonic sensor can be aligned with its emission surface approximately perpendicular to the axis of symmetry of the piston to minimize unwanted reflections on the inner walls of the hydraulic cylinder.

Je nach Konstruktion des Hydraulikzylinders und/oder anderen Anforderungen kann die Längsachse des Ultraschallsensors auch windschief, angewinkelt oder etwa um Parallelabstand versetzt zur Symmetrieachse des Kolbens angeordnet sein. Auch kann der Ultraschallsensor in einer Wand des Hydraulikzylinders angeordnet sein. Depending on the design of the hydraulic cylinder and / or other requirements, the longitudinal axis of the ultrasonic sensor may also be skewed, angled or offset by approximately parallel distance to the axis of symmetry of the piston. Also, the ultrasonic sensor may be arranged in a wall of the hydraulic cylinder.

Vorteilhafterweise ist der Ultraschallsensor durch seine Lage in der ersten Kammer gegen äußere Einflüsse wie beispielsweise Witterungseinflüsse und auch gegen Verschmutzung geschützt. Advantageously, the ultrasonic sensor is protected by its location in the first chamber against external influences such as weathering and pollution.

Vorteilhafterweise kann mittels des erfindungsgemäßen Messsystems zur Bestimmung der Kolbenposition auf einfache Art und Weise eine Leckage an einer Kolbendichtung und/oder einer Kolbenstangendichtung festgestellt werden. Advantageously, by means of the measuring system according to the invention for determining the piston position, leakage to a piston seal and / or a piston rod seal can be detected in a simple manner.

Zur weiteren Erhöhung der Messgenauigkeit kann bei dem erfindungsgemäßen Hydraulikzylinder ein Temperatursensor zum Messen einer Lufttemperatur in der ersten Kammer vorhanden sein. Somit lassen sich auch die durch unterschiedliche Temperaturen in der ersten Kammer bedingten Unterschiede in der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Ultraschallwellen berücksichtigen. Der Temperatursensor kann im Boden der ersten Kammer oder in einer Wand des Hydraulikzylinders angeordnet sein. To further increase the accuracy of measurement, a temperature sensor for measuring an air temperature in the first chamber may be present in the hydraulic cylinder according to the invention. Thus, the differences in the propagation velocity of the ultrasonic waves caused by different temperatures in the first chamber can also be taken into account. The temperature sensor may be disposed in the bottom of the first chamber or in a wall of the hydraulic cylinder.

Vorteilhafterweise kann zur Verringerung der Größe des Messsystems der Temperatursensor in den Ultraschallsensor integriert sein. Advantageously, to reduce the size of the measuring system, the temperature sensor may be integrated in the ultrasonic sensor.

Erfindungsgemäß kann eine Berechnungseinrichtung vorgesehen sein, die aus einer Zeitdauer vom Aussenden der Ultraschallwellen bis zum Empfangen der am Kolben reflektierten Ultraschallwellen die Position des Kolbens berechnet. According to the invention, a calculation device can be provided which calculates the position of the piston from a time duration from the emission of the ultrasonic waves to the reception of the ultrasonic waves reflected by the piston.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Hydraulikzylinder ein Differentialzylinder sein, bei dem eine Kolbenstange durch die zweite Kammer verläuft, wobei der Hydraulikzylinder vorteilhafterweise nur auf der Seite der Kolbenstange hydraulisch beaufschlagt ist. According to the present invention, the hydraulic cylinder may be a differential cylinder in which a piston rod extends through the second chamber, wherein the hydraulic cylinder is advantageously applied hydraulically only on the side of the piston rod.

Erfindungsgemäß kann der Hydraulikzylinder zum Verschieben hängender Lasten im Wesentlichen vertikal ausgerichtet sein. Vorteilhafterweise kann dabei die Kolbenstange etwa in Schwerkraftrichtung ausgerichtet sein, um insbesondere eine einseitige Belastung der Zylinderinnenwände durch den Kolben und somit der Kolbendichtung, der Kolbenstange und der Kolbenstangendichtung gering zu halten beziehungsweise zu vermeiden. According to the invention, the hydraulic cylinder for displacing suspended loads may be oriented substantially vertically. Advantageously, in this case, the piston rod can be aligned approximately in the direction of gravity, in particular to keep a one-sided load on the cylinder inner walls by the piston and thus the piston seal, the piston rod and the piston rod seal low or to avoid.

Bei einem erfindungsgemäßem Verfahren zum Feststellen einer, insbesondere durch Beschädigung und/oder Verschleiß verursachten, Leckage an zumindest einem Dichtelement eines Hydraulikzylinders werden die nachfolgenden Schritte ausgeführt:
Anfahren einer mechanisch begrenzten Endlage des Kolbens, in der das Volumen der ersten Kammer maximal ist. Die mechanisch begrenzten Endlage dient als immer gleiche Referenzposition des Kolbens im Hydraulikzylinder; somit kann, wenn eine Leckage sicher ausgeschlossen ist, auch der Ultraschallsensor auf korrekte Funktionsweise überprüft werden. In a method according to the invention for detecting a leakage, in particular caused by damage and / or wear, on at least one sealing element of a hydraulic cylinder, the following steps are carried out:
Approaching a mechanically limited end position of the piston, in which the volume of the first chamber is maximum. The mechanically limited end position serves as always the same reference position of the piston in the hydraulic cylinder; Thus, if a leakage is safely excluded, the ultrasonic sensor can be checked for correct operation.

Danach erfolgt das Bestimmen der Kolbenposition, insbesondere mit der erfindungsgemäßen Berechnungseinrichtung. This is followed by the determination of the piston position, in particular with the calculation device according to the invention.

Und wiederum danach wird das Vergleichen der aktuell bestimmten Kolbenposition mit einer ursprünglichen Kolbenposition durchgeführt. Die ursprüngliche Kolbenposition wird vorteilhafterweise bei sicherem Vorliegen einer einwandfreien Funktion der Kolbendichtung und der Kolbenstangendichtung ermittelt, wobei sichergestellt war, dass der Hydraulikzylinder auch ansonsten alle an ihn gestellten Voraussetzungen für dessen Dichtheit erfüllte. And again, comparing the currently determined piston position with an original piston position is performed. The original piston position is advantageously determined in the presence of a reliable function of the piston seal and the piston rod seal, it being ensured that the hydraulic cylinder otherwise fulfilled all the conditions imposed on it for its tightness.

Zudem oder auch wahlweise daran anschließend erfolgen dann das Beschicken der zweiten Kammer mit einem Fluid, insbesondere über ein an der zweiten Kammer angeordnetes Anschlussstück für eine Fluidleitung,
das Absperren der zweiten Kammer, insbesondere der an die zweite Kammer angeschlossenen Fluidleitung, beispielsweise über ein Sitzventil, und
das Bestimmen der Kolbenposition über einen vorbestimmten Zeitraum. In addition or optionally thereafter, the charging of the second chamber then takes place with a fluid, in particular via a connection piece arranged on the second chamber for a fluid line,
the shut-off of the second chamber, in particular the fluid line connected to the second chamber, for example via a seat valve, and
determining the piston position over a predetermined period of time.

Wenn gemäß der vorliegenden Erfindung beim Vergleichen der aktuell bestimmten Kolbenposition mit der ursprünglich bestimmten Kolbenposition eine Abweichung gemessen wird, kann daraus auf eine Leckage an der Kolbendichtung geschlossen werden. Da sich, insbesondere bei einer etwa in Schwerkraft ausgerichteten Kolbenstange, im Falle einer undichten Kolbendichtung das Fluid, beispielsweise Öl (insbesondere Hydrauliköl oder Rohöl), auf der der ersten Kammer zugewandten Seite des Kolbens befindet, wird durch dieses ausgetretene Öl das Messergebnis verändert. Die ausgesendeten Ultraschallwellen werden schon durch die Grenzfläche des sich auf dem Kolben angesammelte Fluids reflektiert und nicht erst von dem Kolben, das heißt, die Position des Kolbens scheint näher an dem Boden des Hydraulikzylinders zu liegen beziehungsweise der Hydraulikzylinder erscheint verkürzt. If, according to the present invention, a deviation is measured when comparing the currently determined piston position with the originally determined piston position, this can be used to deduce a leakage at the piston seal. Since the fluid, for example oil (in particular hydraulic oil or crude oil), is located on the side of the piston facing the first chamber, in particular in the case of a piston rod oriented approximately in the event of a leaking piston seal, the measurement result is changed by this leaked oil. The emitted ultrasonic waves are already reflected by the interface of the fluid accumulated on the piston and not first of the piston, that is, the position of the piston seems to be closer to the bottom of the hydraulic cylinder or the hydraulic cylinder appears shortened.

Vorteilhafterweise kann durch Aufbringen einer Last, wie beispielsweise einem Bohrgestänge, auf die Kolbenstange des Hydraulikzylinders in der zweiten Kammer ein erhöhter Druck vorherrschen. Dadurch können bei der Überprüfung der Kolbendichtung und/oder der Kolbenstangendichtung auch geringfügige Leckagen in kürzerer Zeit festgestellt werden. Advantageously, by applying a load, such as a drill string, an increased pressure on the piston rod of the hydraulic cylinder in the second chamber prevail. As a result, when checking the piston seal and / or the piston rod seal also minor leaks can be detected in less time.

Erfindungsgemäß kann eine Leckage an der Kolbendichtung und/oder der Kolbenstangendichtung festgestellt werden, wenn sich die Kolbenposition über den vorbestimmten Zeitraum ändert. According to the invention, a leakage at the piston seal and / or the piston rod seal can be detected when the piston position changes over the predetermined period.

Vorteilhafterweise kann das Verfahren zur Feststellung einer Leckage in regelmäßigen Abständen durchgeführt werden, womit dann auch ein Maß für die Leckagemenge pro Zeit ermittelt werden kann. Advantageously, the method for determining a leakage can be carried out at regular intervals, which then also a measure of the amount of leakage per time can be determined.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. In the following a preferred embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing.

Die einzige Figur zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Hydraulikzylinders. The single FIGURE shows a schematic sectional view of a hydraulic cylinder according to the invention.

Gemäß der einzigen Figur ist ein erfindungsgemäßer Hydraulikzylinder 1 im dargestellt, der insbesondere als Erdölpumpenantrieb geeigneter ist. According to the single figure is an inventive hydraulic cylinder 1 shown, which is particularly suitable as a petroleum pump drive.

Ein in dem Hydraulikzylinder 1 bewegbarer Kolben 2 teilt den Innenraum des Hydraulikzylinders 1 in eine erste Kammer 10 und eine zweite Kammer 12 auf. Die erste Kammer 10 ist eine über eine Öffnung 6 mit der Atmosphäre verbunden, so dass in der ersten Kammer 10 weder ein Überdruck noch ein Unterdruck entstehen kann und somit Umgebungsdruck herrscht. Die Öffnung 6 ist in diesem Ausführungsbeispiel an einer Mantelfläche des Hydraulikzylinders 1 in der Nähe eines Bodens 8 des Hydraulikzylinders 1 angeordnet, sie könnte aber beispielsweise auch in dem Boden 8 angeordnet sein. One in the hydraulic cylinder 1 movable piston 2 divides the interior of the hydraulic cylinder 1 in a first chamber 10 and a second chamber 12 on. The first chamber 10 is one over an opening 6 connected to the atmosphere, so in the first chamber 10 neither an overpressure nor a vacuum can occur and thus ambient pressure prevails. The opening 6 is in this embodiment on a lateral surface of the hydraulic cylinder 1 near a floor 8th of the hydraulic cylinder 1 but it could also be in the ground, for example 8th be arranged.

Die erste Kammer 10 wird stirnseitig durch den Boden 8 des Hydraulikzylinders 1 begrenzt, an dem ein Ultraschallsensor 4 zum Aussenden und Empfangen von Ultraschallwellen 24, 26 vorgesehen ist. Wie in der Figur gezeigt, sind die Ultraschallwellen 24 derart aussendbar, dass sie sich in der ersten Kammer 10 des Hydraulikzylinders 1 in Richtung auf den Kolben 2 ausbreiten. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Ultraschallsensor 4 zylinderförmig und in dem Boden 8 der ersten Kammer 10 angeordnet und zwar derart, dass der Ultraschallsensor 4 mit seiner Symmetrieachse auf der Symmetrieachse 28 des Kolbens 2 liegt und mit seiner Abstrahlfläche parallel zu dem Kolben 2 ausgerichtet ist, um ungewünschte Reflexionen an den Innenwänden des Hydraulikzylinders 1 zu minimieren. In dem Fall, dass der Ultraschallsensor 4 derart ausgebildet ist, dass er keine Symmetrieachse aufweist, ist der Ultraschallsensor 4 vorteilhafterweise mit einer Längsachse, die vorzugsweise durch ein Zentrum der Abstrahlfläche des Ultraschallsensors 4 verläuft, auf der Symmetrieachse 28 des Kolbens 2 ausgerichtet. The first chamber 10 is frontally through the ground 8th of the hydraulic cylinder 1 limited, on which an ultrasonic sensor 4 for sending and receiving ultrasonic waves 24 . 26 is provided. As shown in the figure, the ultrasonic waves are 24 so expressible that they are in the first chamber 10 of the hydraulic cylinder 1 towards the piston 2 spread. In this embodiment, the ultrasonic sensor 4 cylindrical and in the ground 8th the first chamber 10 arranged in such a way that the ultrasonic sensor 4 with its axis of symmetry on the axis of symmetry 28 of the piston 2 lies and with its radiating surface parallel to the piston 2 is aligned to unwanted reflections on the inner walls of the hydraulic cylinder 1 to minimize. In the case that the ultrasonic sensor 4 is formed such that it has no axis of symmetry, is the ultrasonic sensor 4 advantageously with a longitudinal axis, preferably through a center of the emission surface of the ultrasonic sensor 4 runs, on the axis of symmetry 28 of the piston 2 aligned.

Bei dem in diesem Ausführungsbeispiel als ein Differentialzylinder ausgeführten Hydraulikzylinder 1 verläuft eine Kolbenstange 18 ausgehend vom Kolben 2 durch die zweite Kammer 12, wobei der Kolaben 2 des Hydraulikzylinders 1 nur auf der Seite der Kolbenstange 18, das heißt über die zweite Kammer 12, hydraulisch mit Druckmittel beaufschlagt ist. Je nach Anwendungsfall ist auch die Verwendung eines Gleichgangzylinders denkbar, bei dem dann wegen der auch durch die erste Kammer 10 verlaufenden zweiten Kolbenstange selbstverständlich die Anordnung des Ultraschallsensors 4 angepasst werden müsste. Hydraulisch mit Druckmittel beaufschlagt wäre auch in diesem Fall ausschließlich die zweite Kammer 12. Es kann also je nach Konstruktion des Hydraulikzylinders 1 und anderen Anforderungen auch ein Versatz der beiden Symmetrieachsen vorgesehen sein. Auch kann der Ultraschallsensor 4 in einer Wandung des Hydraulikzylinders 1 angeordnet sein. In the hydraulic cylinder designed as a differential cylinder in this embodiment 1 runs a piston rod 18 starting from the piston 2 through the second chamber 12 , where the Kolaben 2 of the hydraulic cylinder 1 only on the side of the piston rod 18 that is, over the second chamber 12 , Hydraulic pressure medium is applied. Depending on the application, the use of a Gleichgangzylinders is conceivable, in which then because of the through the first chamber 10 extending second piston rod, of course, the arrangement of the ultrasonic sensor 4 would have to be adjusted. Hydraulically acted upon with pressure medium in this case, only the second chamber would be 12 , So it can vary depending on the design of the hydraulic cylinder 1 and other requirements, an offset of the two axes of symmetry can be provided. Also, the ultrasonic sensor 4 in a wall of the hydraulic cylinder 1 be arranged.

An dem erfindungsgemäßen Hydraulikzylinder 1 ist zur Zu- und Ableitung eines Fluids an der zweiten Kammer 12 ein Anschlussstück 20 für eine Fluidleitung 22 vorgesehen. Als Fluid wird beispielsweise Öl verwendet, insbesondere Hydrauliköl oder Rohöl. Zum Verschieben hängender Lasten ist der Hydraulikzylinder 1 im Wesentlichen vertikal ausgerichtet, wobei vorteilhafterweise dabei die Kolbenstange 18 etwa in Schwerkraftrichtung ausgerichtet ist, um insbesondere eine einseitige Belastung der Zylinderinnenwände durch den Kolben 2 und somit der Kolbendichtung 14, der Kolbenstange 18 und der Kolbenstangendichtung 16 gering zu halten beziehungsweise zu vermeiden. On the hydraulic cylinder according to the invention 1 is for supply and discharge of a fluid to the second chamber 12 a connector 20 for a fluid line 22 intended. For example, oil is used as the fluid, in particular hydraulic oil or crude oil. To move suspended loads is the hydraulic cylinder 1 oriented substantially vertically, wherein advantageously while the piston rod 18 is oriented approximately in the direction of gravity, in particular a one-sided load of the cylinder inner walls by the piston 2 and thus the piston seal 14 , the piston rod 18 and the piston rod seal 16 to keep low or avoid.

Zum Messen einer Lufttemperatur in der ersten Kammer 10 kann ein nicht dargestellter Temperatursensor vorhanden sein. Dies dient der weiteren Erhöhung der Messgenauigkeit, da sich somit auch die durch unterschiedlichen Temperaturen in der ersten Kammer 10 bedingten Unterschiede in der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Ultraschallwellen 24, 26 berücksichtigen lassen. Zur Vereinfachung des Messsystems kann der Temperatursensor in den Ultraschallsensor 4 integriert sein. To measure an air temperature in the first chamber 10 An unillustrated temperature sensor may be present. This serves to further increase the accuracy of measurement, since thus also by different temperatures in the first chamber 10 conditional differences in the propagation velocity of the ultrasonic waves 24 . 26 take into account. To simplify the measuring system, the temperature sensor can be in the ultrasonic sensor 4 be integrated.

Weiter ist bei dem erfindungsgemäßen Hydraulikzylinder 1 eine nicht dargestellte Berechnungseinrichtung vorgesehen zum Berechnen der Position des Kolbens 2 aus einer Zeitdauer vom Aussenden der Ultraschallwellen 24 bis zum Empfangen der am Kolben 2 reflektierten Ultraschallwellen 26. Die Berechnungseinrichtung kann Teil des Messsystems sein und somit dauerhaft insbesondere mit dem Ultraschallsensor 4 und/oder mit dem Temperatursensor verbunden sein oder insbesondere aus Platzgründen extern als selbstständige Einheit vorgesehen sein, die dann bei Bedarf insbesondere mit dem Ultraschallsensor 4 und/oder mit dem Temperatursensor verbindbar ist. Next is in the hydraulic cylinder according to the invention 1 an unillustrated calculating means is provided for calculating the position of the piston 2 from a period of time from the emission of the ultrasonic waves 24 until receiving the piston 2 reflected ultrasonic waves 26 , The calculation device can be part of the measuring system and thus permanently in particular with the ultrasonic sensor 4 and / or be connected to the temperature sensor or in particular be provided externally for reasons of space as a separate unit, which then if necessary, in particular with the ultrasonic sensor 4 and / or connectable to the temperature sensor.

Insbesondere durch die in der Figur gezeigte Anordnung ist bei dem erfindungsgemäßen Hydraulikzylinder 1 mittels des Messsystems zur Bestimmung der Position des Kolbens 2 eine Leckage an einer Kolbendichtung 14 und/oder einer Kolbenstangendichtung 16 feststellbar. In particular, by the arrangement shown in the figure is in the hydraulic cylinder according to the invention 1 by means of the measuring system for determining the position of the piston 2 a leak on a piston seal 14 and / or a piston rod seal 16 ascertainable.

Zum Feststellen einer Leckage an einem Dichtelement eines Hydraulikzylinders 1 werden erfindungsgemäß die nachfolgenden Schritte ausgeführt:
Zunächst wird eine mechanisch begrenzte Endlage des Kolbens 2 angefahren, in der das Volumen der ersten Kammer 10 maximal ist. Diese mechanisch begrenzte Endlage dient als konstante Referenzposition des Kolbens 2 im Hydraulikzylinder 1 und vorteilhafterweise auch zur Überprüfung der korrekten Funktion des Ultraschallsensors 4, wenn eine Leckage sicher ausgeschlossen ist, da die in dieser Endlage bestimmte Kolbenposition immer dieselbe sein muss. For detecting a leakage at a sealing element of a hydraulic cylinder 1 According to the invention, the following steps are carried out:
First, a mechanically limited end position of the piston 2 approached, in the volume of the first chamber 10 is maximum. This mechanically limited end position serves as a constant reference position of the piston 2 in the hydraulic cylinder 1 and advantageously also for checking the correct function of the ultrasonic sensor 4 if leakage is certainly excluded, since the piston position determined in this end position must always be the same.

Dann wird die Kolbenposition bestimmt, vorteilhafterweise durch die erfindungsgemäße Berechnungseinrichtung. Zur Erhöhung der Genauigkeit können die Messwerte des Temperatursensors in die Positionsbestimmung einfließen. Then the piston position is determined, advantageously by the calculation device according to the invention. To increase the accuracy, the measured values of the temperature sensor can be included in the position determination.

Zusätzlich zu den erwähnten Schritten wird nun die aktuell bestimmte Kolbenposition mit einer ursprünglichen Kolbenposition verglichen. In addition to the mentioned steps, the currently determined piston position is compared with an original piston position.

Diese Schritte dienen insbesondere der Feststellung, ob die Kolbendichtung 14 eine Leckage aufweist. These steps are used in particular to determine if the piston seal 14 has a leak.

Bei einer Leckage der Kolbendichtung 14 wird sich Fluid, beispielsweise Öl insbesondere Hydrauliköl oder Rohöl, auf dem Kolben 2 ansammeln. Da die ausgesendeten Ultraschallwellen 24 nun zuerst auf dieses Fluid treffen und von dessen Grenzschicht und nicht erst von dem Kolben 2 reflektiert werden, wird durch dieses ausgetretene Öl das Messergebnis verändert, das heißt, die Position des Kolbens 2 scheint näher an dem Boden des Hydraulikzylinders zu liegen beziehungsweise der Hydraulikzylinder erscheint verkürzt. In case of leakage of the piston seal 14 will be fluid, such as oil in particular hydraulic oil or crude oil on the piston 2 accumulate. Because the emitted ultrasonic waves 24 now first encounter this fluid and its boundary layer, not just the piston 2 be reflected, is changed by this leaked oil the measurement result, that is, the position of the piston 2 seems to be closer to the bottom of the hydraulic cylinder or the hydraulic cylinder appears shortened.

Zusätzlich oder wahlweise zu den zuvor genannten Schritten werden nun die nachfolgend genannten Schritte durchgeführt zur Feststellung, ob die Kolbendichtung 14 und/oder die Kolbenstangendichtung 16 eine Leckage aufweisen:
Beschicken der zweiten Kammer 12 mit einem Fluid über ein an der zweiten Kammer 12 angeordnetes Anschlussstück 20 für eine Fluidleitung 22, Absperren der an die zweite Kammer 12 angeschlossenen Fluidleitung 22, und Bestimmen der Kolbenposition über einen vorbestimmten Zeitraum. Additionally or alternatively to the aforementioned steps, the following steps are now performed to determine if the piston seal 14 and / or the piston rod seal 16 have a leakage:
Charging the second chamber 12 with a fluid over one at the second chamber 12 arranged connection piece 20 for a fluid line 22 , Shut off the to the second chamber 12 connected fluid line 22 , and determining the piston position over a predetermined period of time.

Wenn gemäß der vorliegenden Erfindung beim Vergleichen der aktuell bestimmten Kolbenposition mit der ursprünglichen Kolbenposition eine Abweichung festgestellt wird, kann eine Leckage an der Kolbendichtung festgestellt werden. According to the present invention, when a deviation is detected when comparing the currently determined piston position with the original piston position, leakage at the piston seal can be detected.

Vorteilhafterweise kann durch Aufbringen einer Last an die Kolbenstange 18 des Hydraulikzylinders 1 in der zweiten Kammer 12 ein Druck erhöht werden. Dadurch können bei der Überprüfung der Kolbendichtung 14 und/oder der Kolbenstangendichtung 16 auch geringfügige Leckagen in kürzerer Zeit festgestellt werden. Advantageously, by applying a load to the piston rod 18 of the hydraulic cylinder 1 in the second chamber 12 a pressure can be increased. This can be done while checking the piston seal 14 and / or the piston rod seal 16 even minor leaks can be detected in less time.

Erfindungsgemäß kann eine Leckage an der Kolbendichtung und/oder der Kolbenstangendichtung 16 festgestellt werden, wenn sich die Kolbenposition über den vorbestimmten Zeitraum ändert, das heißt, sich in Richtung zweiter Kammer 12 verschiebt. According to the invention, a leakage at the piston seal and / or the piston rod seal 16 be determined when the piston position changes over the predetermined period, that is, in the direction of the second chamber 12 shifts.

Offenbart ist ein Hydraulikzylinder, der mit einem Messsystem ausgerüstet ist zur Bestimmung einer Position eines in dem Hydraulikzylinder bewegbaren Kolbens. Der Kolben trennt eine erste Kammer von einer zweiten Kammer. Weiter weist der erfindungsgemäße Hydraulikzylinder einen Ultraschallsensor auf, von dem Ultraschallwellen gleichermaßen aussendbar und empfangbar sind. Für den Messvorgang breiten sich die Ultraschallwellen in der ersten Kammer aus, die über eine Öffnung mit der Atmosphäre verbunden ist. Disclosed is a hydraulic cylinder equipped with a measuring system for determining a position of a piston movable in the hydraulic cylinder. The piston separates a first chamber from a second chamber. Furthermore, the hydraulic cylinder according to the invention has an ultrasonic sensor from which ultrasonic waves can be emitted and received in equal measure. For the measuring process, the ultrasonic waves propagate in the first chamber, which is connected via an opening to the atmosphere.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Hydraulikzylinder hydraulic cylinders
2 2: Kolben piston
4 4: Ultraschallsensor ultrasonic sensor
6 6: Öffnung opening
8 8th: Boden ground
10 10: erste Kammer first chamber
12 12: zweite Kammer second chamber
14 14: Kolbendichtung piston seal
16 16: Kolbenstangendichtung Piston rod seal
18 18: Kolbenstange piston rod
20 20: Anschlussstück connector
22 22: Fluidleitung fluid line
24 24: ausgesendete Ultraschallwellen emitted ultrasonic waves
26 26: reflektierte Ultraschallwellen reflected ultrasonic waves
28 28: Symmetrieachse axis of symmetry

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1079118 A2 [0003]

Claims

Hydraulic cylinder with a measuring system for determining a position of a in the hydraulic cylinder ( 1 ) movable piston ( 2 ), wherein the hydraulic cylinder ( 1 ) a first chamber ( 10 ) and one of these through the piston ( 2 ) separate second chamber ( 12 ), with an ultrasonic sensor ( 4 ) for transmitting and receiving ultrasonic waves ( 24 . 26 ), characterized in that in the first chamber a substantially constant pressure prevails and the position of the piston ( 2 ) by means of the ultrasonic sensor ( 4 ) about the first chamber ( 10 ) of the hydraulic cylinder ( 1 ) is determinable.

Hydraulic cylinder according to claim 1, characterized in that the first chamber ( 10 ) via an opening ( 6 ) is connected to the atmosphere.

Hydraulic cylinder according to claim 1 or 2, characterized in that the ultrasonic waves ( 24 ) are such that they are in the first chamber ( 10 ) of the hydraulic cylinder ( 1 ) in the direction of the piston ( 2 ).

Hydraulic cylinder according to one of claims 1 to 3, characterized in that the ultrasonic sensor ( 4 ) in a soil ( 8th ) of the first chamber ( 10 ) is arranged.

Hydraulic cylinder according to one of claims 1 to 4, characterized in that by means of the measuring system for determining the piston position, a leakage at a piston seal ( 14 ) and / or a piston rod seal ( 16 ) is detectable.

Hydraulic cylinder according to one of claims 1 to 5, characterized in that a temperature sensor for measuring an air temperature in the first chamber ( 10 ) is available.

Hydraulic cylinder according to claim 6, characterized in that the temperature sensor in the ultrasonic sensor ( 4 ) is integrated.

Hydraulic cylinder according to one of claims 1 to 7, characterized in that a calculation device for calculating the position of the piston ( 2 ) from a period of time from the emission of the ultrasonic waves ( 24 ) until receiving the piston ( 2 ) reflected ultrasonic waves ( 26 ) is provided.

Hydraulic cylinder according to one of claims 1 to 8, characterized in that this is a differential cylinder ( 1 ), in which a piston rod ( 18 ) through the second chamber ( 12 ) runs.

Hydraulic cylinder according to one of claims 1 to 9, characterized in that the hydraulic cylinder ( 1 ) is substantially vertically aligned for displacing suspended loads.

Method for detecting a leakage at a sealing element of a hydraulic cylinder ( 1 ) according to one of claims 1 to 10, characterized by approaching a mechanically limited end position of the piston ( 2 ), in which the volume of the first chamber ( 10 maximum, determining the piston position, and comparing the currently determined piston position with an original piston position; and / or loading the second chamber ( 12 ) with a fluid via a at the second chamber ( 12 ) arranged connecting piece ( 20 ) for a fluid line ( 10 ), Shut off the to the second chamber ( 12 ) connected fluid line ( 22 ), and determining the piston position over a predetermined period of time.

Method for detecting a leakage according to claim 11, characterized by detecting a leakage at the piston seal ( 14 ), when a deviation is detected when comparing the currently determined piston position with the original piston position.

Method for detecting a leakage according to one of Claims 11, characterized by applying a load to the piston rod ( 18 ) of the hydraulic cylinder ( 1 ).

A leak detecting method according to any one of claims 11 to 13, characterized by detecting a leak at the piston seal (10). 14 ) and / or the piston rod seal ( 16 ) when the piston position changes over the predetermined period of time.