Ultraschal l-Wegmesssystem und Verfahren zur Ultraschal l-Wegmessung
Die Erfindung betrifft ein U ltraschall-Wegmesssystem, insbesondere einsetzbar für Hydrospeicher mit mindestens einem bewegbaren Trennelement, das innerhalb eines Gehäuses zwei Medienräume vorzugsweise mediendicht voneinander trennt, wobei der eine Medienraum ein kompressib- les oder ein inkompressibles Fl uid und der andere Medienraum ein kom- pressibles Fl uid, insbesondere i n Form eines Arbeitsgases, aufnimmt, wobei mittels mindestens eines U ltraschallsensors die jewei l ige Position des bewegbaren Trennelementes innerhalb des Gehäuses erfassbar ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur U ltraschal l-Wegmessung mit einem solchen Ultraschall-Wegmesssystem.
Bei hydropneumatischen Speicheranordnungen oder auch bei Kolben- Zyl inder-Anordnungen wie beispielsweise pneumatischen Arbeitszyl indern ist es in vielen Fällen wünschenswert oder erforderl ich, die genaue Position des Kolbens im Zyl inder zu kennen, um eine Vorrichtung steuern zu kön- nen. Darüber hinaus ist es bei hydropneumatischen Speicheranordnungen wichtig zu wissen, wie viel Gas zum Aufbau eines Gegendrucks im Speicherelement zur Verfügung steht, da das Gas die Tendenz hat, sich im Lau¬ fe der Zeit in Richtung der Ölseite zu verfl üchtigen, so dass es von Zeit zu Zeit nachgefül lt werden muss, was regelmäßig einen Wartungsvorgang aus- löst.
Zur Positionsfeststel l ung des Kolbens wurden in der Vergangenheit verschiedene Lösungen vorgeschlagen. So ist es beispielsweise bekannt, auf der Ölseite eines Druckspeichers ein Ultraschall-Wegmesssystem zu install ieren. Ein solches Ultraschal l-Einkanal-System wird von der Fi rma marco Systemanalyse und Entwickl ung GmbH, Hans-Böckler-Str. 2, 85221 Dachau, Deutschland, unter der Bezeichnung„ps/ul m/esd/a" angeboten. Von einem U ltraschal lwandler werden Schallsignale ausgesendet und von einem Kolben reflektiert. Die reflektierte Schallwelle wird dann wieder vom Ultraschal lwandler aufgenommen. Dabei breitet sich das Schal lsignal mit einer bekannten Ausbreitungsgeschwindigkeit im Öl aus, so dass aus der Signal laufzeit die Entfernung des Kolbens mit dem Ultraschallwandler ermittelt werden kann. Nachtei l ig ist hierbei, dass die Schal lausbreitung wesentlich von der Öltemperatur sowie von im Öl unerwünscht auftretenden Gasblasen abhängig ist, die sich beispielsweise durch Kavitation im Öl bi l- den können. Derartige Gasblasen beeinfl ussen die Ausbreitung des Schal lsignals erheblich und verfälschen so das Messergebnis.
Weiterhin ist es Stand der Technik, außen an einer hydraul ischen Kolben- Zyl inder-Anordnung ei nen oder mehrere U ltraschal lwandler anzuordnen, um auf diese Weise erkennen zu können, ob sich ein Kolben in unmittelba- rer Nähe des U ltraschallwandlers befindet. Eine solche Vorrichtung wi rd von der Firma Sonotec Ultraschallsensorik Hal le GmbH, Nauendorfer Str. 2, 061 1 2 Halle (Saale), Deutschland, unter der Bezeichnung„Sonocontrol 14" angeboten. Derartige Vorrichtungen eignen sich insbesondere für Endlagenschalter. Eine kontinuierl iche Positionsmessung des Kolbens ist hierbei nicht mögl ich, auch dann, wenn mehrere Sensoren eingesetzt werden, die im Abstand voneinander angeordnet sind.
Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein U ltraschal l-Wegmesssystem und ein Verfahren zur U ltraschal l-Wegmessung mit einem solchen System aufzuzeigen, mit denen
Wegmessungen zuverlässig, genau und kostengünstig vorgenommen werden können.
Eine Lösung des gegenständl ichen Tei ls dieser Aufgabe besteht in einem Ultraschal l-Wegmesssystem mit den Merkmalen von Anspruch 1 . Vortei l- hafte Ausführungsformen des Ultraschall-Wegmesssystems gehen aus den Unteransprüchen 2 bis 10 hervor. Der verfahrensmäßige Teil der Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Maßnahmen von Anspruch 1 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der U ltraschal lsensor seine Positionserfassung des Trennelementes auf der Seite des anderen Medienraums mit dem kompressiblen Fluid vornimmt.
Auf diese Weise kann die Position des Trennelementes sehr genau erfasst werden, wei l sich das Ultraschal lsignal lediglich durch ein gasförmiges Fl uid, wie Stickstoffgas, ausbreiten muss. Unabhängig von der Bewegung des Trennelementes sowie den Umgebungsbedingungen fi nden keine Phasen- Übergänge in diesem kompressiblen Gas statt, so dass dah ingehende Messfehler nicht berücksichtigt werden müssen. Aufgrund der Tatsache, dass es sich bei dem kompressiblen Fluid um ein Gas handelt, ist der in der Regel elektrisch angesteuerte Ultraschal lsensor stets trocken gelagert, so dass keine Beeinträchtigung durch Feuchtigkeit beim Betrieb des Sensors zu be- fürchten ist. Das Ultraschal lwegmesssystem ist daher langlebig und wartungsarm. Die für den Ultraschal lsensor erforderl ichen Komponenten sind zudem relativ kostengünstig erhältl ich, so dass i nsgesamt ein kostengünstiges Ultraschal l-Wegmesssystem aufgezeigt wird. Die Positionserfassung für das vorzugsweise kolbenartig ausgebildete Trennelement erfolgt verlässlich sowohl bei statischen als auch bei hochdynamischen Bewegungsvorgängen mit dem Trennelement.
Vortei lhaft ist der Ultraschal lsensor in einer Sensorkammer aufgenommen, deren Inneres mittels einer Medienführung medienführend mit dem ande-
ren Medienraum mit dem kompressiblen Fluid verbunden ist. Auf diese Weise ist der U ltraschallsensor druckausgegl ichen gehalten. Es müssen keine zusätzl ichen Maßnahmen ergriffen werden, um den Sensor gegenüber dem Innendruck im anderen Medienraum abzustützen. Somit kann der Sensor leichter ausgeführt und frei aufgehängt werden, so dass die Schal Erzeugung und -ausbreitung vorteil haft unbehi ndert erfolgen kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Ultraschallsensor stationär an einem Deckeltei l des Gehäuses derart angeordnet, dass zumindest ein Tei l der Sensorkammer mit der Medienführung um einen vorgebbaren Überstand in den anderen Medienraum mit dem kompressiblen Fl uid hineinragt, und in jeder Verfahrstel lung des Trennelementes ist dieses auf Abstand zu dem Ultraschallsensor gehalten. Mithin kann der Druckausgleich der Sensorkammer besonders einfach vorgenommen werden. Die Sensorkammer kann dazu zwischen dem Träger und der dem Sensorelement zu- gewandten Unterseite des Deckelteiles mindestens eine Durchlassstelle aufweisen, die zumindest tei lweise die Medienführung bi ldet. Weitere Fl uidkanäle i n den angrenzenden Bautei len sind nicht erforderl ich. Darüber hi naus ist die Position des Ultraschal lwandsensors bei dieser Anordnung hi nsichtl ich der Schal lausbreitung optimal, wei l, i nsbesondere bei einem besonders nahe am Sensor befindl ichen Trennelement, keine Schal lreflektionen an anderen Bautei len das Messergebnis verfälschen.
Die Sensorkammer kann vorteilhaft in Richtung der Umgebung von einem G lastei l, vorzugsweise in Form einer Glasdurchführunng, abgeschlossen sein, wobei über die Glasdurchführung ei ne Kabelverbindung vom Ultra- schal lsensor zu einer Steuereinheit hergestellt wird. Ein solches G lastei l lässt sich einfach herstel len und gewährt auch bei höchsten Drücken im jewei l igen Medienraum einen sicheren Abschluss dieses Medienraumes gegenüber der Umgebung. Mithin kann das Sensorsignal auf kürzestem Wege und mit nur einer Kabelverbindung vom Ultraschal lsensor zur Steu- ereinheit transportiert werden. Daher sind die Signalverluste gering.
Mit besonderem Vorteil weist der Ultraschal lsensor einen Ultraschal lwandler mit einer Piezokeramik, vorzugsweise in Scheibenform, auf, die auf einem Träger angeordnet ist, der vorzugsweise die Sensorkammer i n Richtung des anderen Medienraumes mit dem kompressiblen Fluid abschließt. Die Piezokeramik kann dabei so angeordnet werden, dass es sich abhängig von der anl iegenden Spannung in radialer Richtung ausdehnt oder zusammenzieht. Durch eine vol lflächige Verklebung der Piezokeramik mit dem Träger wird dann der Träger unter Biegespannungen gesetzt, so dass der Träger beult. Durch entsprechende Anregung der Piezokeramik kann auf diese Weise eine Ultraschal lwel le im kompressiblen Fl uid des anderen Medienraums erzeugt werden. Entsprechend kann das Wirkprinzip umgekehrt werden, wenn der Träger durch Schal lwel len in Schwingungen versetzt wi rd, die zu Verbiegungen desselben führen. Diese Schwingungen werden dann auf das Piezoelement in Form von Ausdehnungen bzw. Kontraktionen übertragen, welche in elektrische Spannungen umgesetzt werden, die mit einer geeigneten Steuerelektronik ausgewertet werden können.
Vorteilhafterweise ist i nnerhalb des kompressiblen Mediums eine Referenzmessstrecke vorhanden, die von zwei vorzugsweise stationär zueinander angeordneten Referenzstellen begrenzt ist, von denen die eine aus dem U ltraschal lsensor und die andere aus einer vorzugsweise feststehenden Umlenkstel le für das Sensorsignal gebildet ist, die bevorzugt die Form einer Begrenzungswand der Sensorkammer hat. Aufgrund der Referenzstrecke ist es möglich, zeitgleich mit der Messung der Laufzeit des Schallsignals vom Ultraschallsensor zum Trennelement und zurück die Laufzeit des gleichen Schal lsignals auf der Referenzmesstrecke zu messen. Auf diese Weise kann auf der Referenzmessstrecke die Schal lausbreitungsgeschwi ndigkeit im Fl uid des anderen Medienraums gemessen werden, die dann zur Ermittlung der Position des Trennelements auf Basis der Signal laufzeit und der aktuellen Ausbreitungsgeschwindigkeit verwendet werden kann. Besonders vor- tei lhaft ist hierbei, dass die Messstrecke zwischen dem U ltraschal lsensor
und dem Trennelement bezogen auf den Ultraschal lsensor auf der gegenüberl iegenden Seite der Referenzstrecke liegt. Mithin beeinflussen sich die Messstrecken nicht gegenseitig. Es muss auch kein Referenzobjekt im Schal lweg zwischen dem Ultraschal lsensor und dem Trennelement ange- ordnet werden, welches das Messergebnis durch Interferenzen verfälschen könnte. Weiterhin besteht auch nicht die Gefahr, dass das Tei lelement an das Referenzobjekt anschlägt und es auf diese Weise beschädigt. Die Begrenzungswand kann die Form eines Absatzes in der Sensorkammer haben. Es hat sich hierbei gezeigt, dass auch eine ungleichmäßige Begrenzungs- wand für die Ermittlung der Schal lausbreitungsgeschwindigkeit ausreichend ist.
Besonders vortei lhaft ist es, wenn das Trennelement aus einem starren Begrenzungskolben gebi ldet ist, der innerhalb des Gehäuses in Richtung von dessen Längsachse verfahrbar angeordnet ist, und dass der Ultraschal lsensor koaxial zu dieser Längsachse angeordnet ist. Mithin kann sich das Trennelement nur in einer Dimension bewegen, wodurch sich der Aufbau des Ultraschal l-Wegmesssystems erhebl ich vereinfacht und Fehlerquellen ausgeschlossen werden. Außerdem wird hierdurch die Qual ität des reflektierten Schal lsignals verbessert. Vortei lhaft weist das Trennelement, vorzugsweise in Form eines Begrenzungskolbens, eine Sammeleinrichtung für inkompressibles Fluid auf, das beim Betrieb des U ltraschal l-Wegmesssystems vom Medienraum mit dem inkompressiblen Fluid durch einen Spalt zwischen dem Begrenzungskolben und dem Gehäuse in den anderen Medienraum mit dem kompressiblen Fluid eindringt, und dass die Sammeleinrichtung, vorzugsweise in Form eines Sammelbeckens im Begrenzungskolben, dem Ultraschal lsensor in dessen direkter Schal labstrahlrichtung benachbart gegenüberliegend angeordnet ist. Auf diese Weise sammelt sich das inkompressible Fl uid, das in den anderen Medienraum eingedrungen ist, in der Sammeleinrichtung. Dort verkürzt es die Messstrecke zwischen dem Ultraschallsensor und dem
Trennelement, da das inkompressible Fl uid aufgrund der Phasenänderung eine erste Reflektionsfläche ausbi ldet. Ein Teil der U ltraschal lwel le dringt dabei aber weiterhin in das inkompressible Fluid ein und wird weiterhin am Boden des Trennelements reflektiert. Auf diese Weise kann im Verlauf der Zeit festgestellt werden, wie viel Fl üssigkeit sich im Sammelbecken angesammelt hat. Somit kann zuverlässig erkannt werden, ob eine Wartung des Ultraschal l-Wegmesssystems bzw. des Druckspeichers, in dem das U ltraschal-Wegmesssystem angeordnet ist, vorzunehmen ist.
Die Arbeitsfrequenz des Ultraschallsensors kann zwischen einer möglichst niedrigen Frequenz, insbesondere 100 kHz, bei der eine geringe wel lenab- hängige Amplitudenmodulation aufgrund von Dispersion auftritt, und einer demgegenüber höheren Frequenz, insbesondere 1 50 kHz, bei der bei geringerer Wel lenlänge eine höhere Auflösung der Entfernungsmessung möglich ist, gewählt werden. Bei diesen Frequenzen hat das Schallsignal eine Wel lenlänge von zirka 40 mm, so dass sich die Position des Trennelements bereits sehr genau bestimmen lässt. Zumindest ist die Messgenauigkeit wesentl ich höher als bei den bekannten Wegmesssystemen.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Schal lsignal mittels des Ultraschal lsensors ausgesendet und die Schal lreflektion an dem Trennele- ment und einer dem Ultraschallsensor gegenüber liegenden Referenzstel le erfasst. Aus der Laufzeit des Schal lsignals vom U ltraschal lsensor zu der zu- ordenbaren Referenzstel le und zurück wird die Schallausbreitungsgeschwindigkeit im kompressiblen Fl uid ermittelt. Aus dieser Schal lausbreitungsgeschwindigkeit und der Laufzeit des Schal lsignals vom U ltraschal l- sensor zum Trennelement und zurück wird dann der jewei lige Abstand des bewegbaren Trennelementes vom stationär angeordneten U ltraschal lsensor ermittelt.
Die Messungen der Laufzeiten auf der Messstrecke und der Referenzmessstrecke können zeitversetzt oder simultan vorgenommen werden. Insbe-
sondere durch eine simultane Messung wird die Messgenauigkeit verbessert, da bei einer schnellen Bewegung des Trennelements während eines H ubes ei ne adiabatische Zustandsänderung des kompressiblen Fl uids im anderen Medienraum auftreten kann. Beispielsweise kann dessen Tempera- tur ansteigen; wodurch sich die Schal lausbreitungsgeschwi ndigkeit ändert und so die Messgenauigkeit beeinträchtigt sein kann.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von einem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Druckspeicher m it einem erfin- dungsgemäßen U ltraschal l-Wegmesssystem; und
Fig. 2 den Ultraschallsensor der Fig. 1 in einer vergrößerten Schnittdarstell ung.
I n der Fig. 1 ist ein Ultraschal l-Wegmesssystem 1 gezeigt, das bei einem Hydrospeicher 3 mit mindestens einem bewegbaren Trennelement 5 einge- setzt ist, das innerhalb eines Gehäuses 7 zwei Medienräume 9, 1 1 im Wesentlichen mediendicht voneinander trennt. Der eine Medienraum 9 nimmt ein inkompressibles Fluid, insbesondere in Form von Hydrauliköl und der andere Medienraum 1 1 ein kompressibles Fluid, insbesondere in Form eines Arbeitsgases, hier Stickstoff (N_), auf. Es wäre aber auch mögl ich, in den Medienraum 9 ein weiteres kompressibles Fl uid einzubringen, beispielsweise in Form von Methan oder Edelgasen, aber auch andere inkompressib- le Fl uide, wie Alkohole oder gar pastöse Fluidmedien. Mittels eines U ltraschallsensors 1 3 ist die jewei lige Position des bewegbaren Trennelementes 5 i nnerhalb des Gehäuses 7 erfassbar. In der Fig. 1 weist das Gehäuse 7 ein rohrförmiges Gehäuseteil 1 5 auf, in das endseitig zwei Deckeltei le 1 7, 1 9 über Gewindestrecken 21 eingeschraubt sind. Die Deckelteile 1 7, 19 sind über in Umfangsnuten 23 gehal-
tene Dichtringe 25 gegenüber dem rohrförmigen Gehäuseteil 1 5 abgedichtet. Die beiden Deckelteile 1 7, 1 9 weisen koaxiale Bohrungen 27, 29 auf, wobei in dem Deckeltei l 1 7, das zum Medienraum 9 mit dem inkompres- siblen Fluid führt, ein Anschluss 31 für eine nicht näher gezeigte Fluidlei- tung eines hydraul ischen Kreises vorgesehen ist.
Zwischen den Deckelteilen 1 7, 1 9 befindet sich das Trennelement 5. Das Trennelement 5 ist aus einem starren Begrenzungskolben gebildet, der innerhalb des Gehäuses 7 in Richtung von dessen Längsachse LA verfahrbar angeordnet ist. Der Begrenzungskolben 5 ist topfförmig ausgebi ldet, wobei ein Boden 33 in Richtung des einen Medienraums 9 weist. Am Begrenzungskolben 5 sind außenumfangsseitig zwei voneinander beabstandete Nuten 35 vorgesehen, in denen Führungsringe 37 angeordnet sind. Zwischen den Führungsringen 37 ist eine weitere Umfangsnut 39 vorgesehen, in der ein Dichtelement 41 angeordnet ist. Das Trennelement 5 ist zur Er- höhung des Speichervorrats an gasförmigem und insoweit kompressiblem Fl uid in der Art eines Topfes oder Troges ausgebi ldet und weist bodenseitig eine Sammeleinrichtung 43 für i nkompressibles Fl uid auf, das gegebenenfal ls von der Ölseite des Speichers über die Dichtungseinrichtung m it Dichtelement 41 ungewol lt auf die Gasseite gelangt. Die Sammeleinrich- tung 43 ist insoweit in Form eines zur Längsachse LA ebenfalls koaxialen Sammelbeckens im Begrenzungskolben 5 ausgebildet. Diese Sammeleinrichtung 43 ist damit dem U ltraschal lsensor 1 3 in dessen di rekter Schallab¬ strahlrichtung benachbart gegenüberliegend angeordnet.
In das Deckeltei l 1 9, das an den anderen Medienraum 1 1 angrenzt, ist ein hülsenförmiger Sensorhalter 45 eingesetzt, insbesondere eingeschraubt. Der Sensorhalter 45 weist benachbart zur Außenseite 47 des Deckeltei ls 1 9 eine Gewindestrecke 49 und einen verbreiterten Kopf 51 auf. Zwischen dem Kopf 51 und dem Deckelstei l 1 9 ist ei n ringförmiges Dichtelement 53 vor¬ gesehen. Im Innern 55 ist der Sensorhalter 45 hohl, um eine Sensorkammer 57 auszubilden. Das Innere 55 der Sensorkammer 57 ist mittels einer Medi-
enführung 59 medienführend mit dem anderen Medienraum 1 Ί mit dem kompressiblen Fluid in Form des Arbeitsgases verbunden. Die Sensorkammer 57 weist dazu zwischen einem Träger 61 des Ultraschallsensors 1 3 und der dem Trennelement zugewandten Unterseite 63 des Deckelteiles 1 9 mehrere Durchlassstel len 59 in Form von Bohrungen auf.
Im Deckelteil 1 9, das an den anderen Medienraum 1 1 angrenzt, ist der U ltraschal Isensor 1 3 im Sensorhalter 45 gehalten. Der Ultraschallsensor 13 nimmt seine Positionserfassung des Trennelements 5 auf der Seite des anderen Medienraums 1 1 mit dem kompressiblen Fluid vor. Der U ltraschal l- sensor 1 3 ist koaxial zur Längsachse LA des Gehäuses 7 angeordnet. Er ist endseitig in der Sensorkammer 57 aufgenommen. Der Ultraschal lsensor 1 3 ist stationär am Deckeltei l 1 9 derart angeordnet, dass zumindest ein Tei l der Sensorkammer 57 mit der Medienführung 59 mit einem vorgebbaren Überstand U in den anderen Medienraum 1 1 mit dem kompressiblen Fl u id hin- einragt und in jeder Verfahrstellung des Trennelementes 5 auf Abstand zu diesem gehalten ist. H ierdurch ist der U ltraschal lsensor 1 3 druckausgegl ichen im anderen Medienraum 1 1 gehalten. Insbesondere kann auch in der obersten Totpunktlage des kolbenartigen Trennelements 5 der Sensor 1 3, ohne einen Stoß befürchten zu müssen, in der topfartigen Vertiefung des Trennelements 5 mit Sammeleinrichtung 43 aufgenommen werden und dabei Sensormessungen durchführen.
Der Ultraschallsensor 1 3, der in Fig. 2 näher gezeigt ist, weist einen U ltraschal lwandler 65 mit einer scheibenförmigen Piezokeramik 66 auf, die auf dem ebenfal ls scheibenförmigen Träger 61 durch vol lflächige Verklebung angeordnet ist. Der Träger 61 schließt die Sensorkammer 57 in Richtung des anderen Medienraumes 1 1 mit dem kompressiblen Fl uid ab. Hierzu weist der Träger 61 eine Umfangsnut 67 auf, so dass er über ei nen O-Ring 69 in einer Innenumfangsnut 71 der Sensorkammer 57 sicher gehalten ist. Aufgrund von elektrischer Anregung kann sich die Piezokeramik 66 radial ausdehnen oder zusammenziehen und diese Längenänderung auf den Trä-
ger 61 übertragen, so dass sich der Träger 61 periodisch ausgelenkt wird, insbesondere beult und auf diese Weise die gewünschte Schal lwel le erzeugt.
Im anderen Medienraum 1 1 ist eine Referenzmesstrecke i nnerhalb der Sen- sorkammer vorhanden. Die Referenzmesstrecke wird von zwei stationär zueinander angeordneten Referenzstellen 1 3, 73 begrenzt. Die ei ne Referenzstelle ist der Ultraschallsensor 13 selbst und die andere Referenzstelle ist eine Umlenkstelle 73 für das Sensorsignal. Diese Umlenkstel le 73 ist durch eine Begrenzungswand, hier einen Absatz der Innenwand der Sen- sorkammer 57, gebi ldet. Die Umlenkstelle 73 und das Trennelement 5 sind damit vortei lhaft auf gegenüberl iegenden Seiten des U ltraschal lsensors 1 3 angeordnet. Die Messstrecke und die Referenzstrecke si nd daher unabhängig voneinander. Zudem ist die Umlenkstel le 73 an einer geschützten Position vorgesehen, so dass sie nicht vom Trennelement 5 beeinfl usst werden kann.
Die Sensorkammer 57 ist in der Richtung der Umgebung von einem G lasteil 79, vorzugsweise in Form einer G lasdurchführung, abgedeckt. Über das G lasteil 79 ist der Ultraschal lsensor 1 3 mit ei ner Steuereinheit 85 über eine Kabelverbi ndung 83 verbunden. Der Ultraschal lsensor 1 3 wird bei einer vorgebbaren Arbeitsfrequenz betrieben. Diese Frequenz kann zwischen einer niedrigen Frequenz und einer demgegenüber höheren Frequenz gewählt sein. Die insoweit niedrigere Frequenz ist so gewählt, dass eine geringe wellenabhängige Ampl itudenmodulation und damit wenig Dispersion auftritt und beträgt insbesondere 100 kHz. Bei der höheren Frequenz ist aufgrund der kürzeren Wel lenlänge eine höhere Auflösung bei der Entfernungsmessung möglich. Die höhere Frequenz beträgt vorzugsweise 1 50 kHz.
Nachfolgend wird die Funktionsweise des erfindungsgemäßen U ltraschal l- Wegmesssystems 1 erläutert. Das U ltraschal l-Wegmesssystem 1 ist in einem hydropneumatischen Druckspeicher 3 angeordnet. Durch das Einspeichern eines inkompressiblen oder kompressiblen Mediums in den ersten Medien- räum 9 wi rd das Trennelement 5 innerhalb des Druckspeichers 3 bewegt, um einen Druckausgleich zwischen den Fl uiden in den beiden Medienräumen 9, 1 1 herzustel len. Die Position des Trennelementes 5 ist währenddessen mit dem Ultraschal-Wegmesssystem 1 ermittelbar. Hierzu wird, gesteuert durch die Steuereinheit 85, ein Schallsignal mit dem U ltraschall- sensor 1 3 ausgesendet und die Schal I reflektionen an dem Trennelement 5 und an der dem Ultraschal lsensor 1 3 gegenüber l iegenden Referenzstel le 73 werden erfasst, so dass die Laufzeiten der reflektierten Schal lwel len mit der Steuereinheit 85 ermittelbar sind. Aus der Laufzeit des Schal lsignals vom U ltraschal lsensor 1 3 zu der zuordenbaren Referenzstelle 73 und zu- rück wird die Schal lausbreitungsgeschwindigkeit im kompressiblen Fluid des anderen Medienraums 1 1 ermittelt. Auf Basis dieser Schallausbreitungsgeschwi ndigkeit und der Laufzeit des Schal lsignals vom Ultraschal lsensor 1 3 zum Trennelement 5 und zurück kann dann der jewei lige Abstand A des bewegbaren Trennelementes 5 vom stationär angeordneten Ultraschal I- sensor 1 3 ermittelt werden.
Sol lte aus dem einen Medienraum 9 mit dem inkompressiblen Fl uid durch einen Spalt 87 zwischen Trennelement 5 und Gehäuse 7 Fl üssigkeit in den anderen Medienraum 1 1 eindringen, so würde diese in die Sammeleinrichtung 43 fließen. Dort verkürzt sie die Messstrecke zwischen dem Ultra- schal lsensor 1 3 und dem Trennelement 5. Da jedoch ein Teil der U ltraschal lwel le weiterhin am Boden des Trennelements reflektiert wird, lässt sich mit dem erfindungsgemäßen U ltraschal l-Wegmesssystem 1 vortei lhaft feststellen, ob und wie viel Fl üssigkeit in den anderen Medienraum eingedrungen ist, was einen H inweis auf die nicht mehr hinreichende Dichtheit des Dichtsystems 41 des Trennkolbens 5 gibt und insoweit regelmäßig ei-
nen Wartungs Vorgang für den Speicher oder gar dessen Austausch im angeschlossenen hydraul ischen Kreis (nicht dargestel lt) auslöst.
Durch die Erfindung wird somit ein besonders vortei lhaftes Ultraschal l- Wegmesssystem 1 aufgezeigt. Durch die Messung auf der Gasseite 1 1 kann die Position des Trennelementes 5 sehr genau erfasst werden, wei l sich das Ultraschallsignal lediglich durch ein Fl uid hindurch ausbreiten muss. Unabhängig von der Bewegung des Trennelementes 5 sowie der Umgebungsbedingungen finden keine Phasenübergänge in diesem kompressiblen Fl uid statt, so dass dahingehende Messfehler nicht berücksichtigt werden müssen. Aufgrund der Tatsache, dass es sich bei dem kompressiblen Fluid in der Regel um ein Gas handelt, ist der elektrisch angesteuerte U ltraschallsensor 1 3 stets trocken gelagert, so dass beim Betrieb keine Beeinträchtigung des U ltraschal lsensors 1 3 durch Feuchtigkeit zu befürchten ist. Das Ultraschal l- Wegmesssystem 1 ist daher langlebig und wartungsarm. Die für den U ltra- schallsensor 1 3 erforderlichen Komponenten sind zudem relativ kostengünstig erhältl ich. Die minimale Wegmessstrecke für den Sensor 1 3 ist durch die untere Totpunktlage des kolbenartigen Trennelementes 5 gebildet, sobald dieses in Anlage mit der dem Trennelemente 5 zugewandten Oberseite des unteren Deckelteils 1 9 kommt. Die erfindungsgemäße Lösung lässt sich dem G runde nach auch für pneumatische Arbeitszyl inder (nicht dargestel lt) einsetzen, bei denen die beiden Medienräume 9, 1 1 von einer Kolben-Stangen-Einheit voneinander separiert sind, wobei die Stange der dahingehenden Einheit auf ei ner Deckelseite zur Anlenkung an Drittbautei le herausgeführt ist und die beiden Medienräume 9, 1 1 sind wechselweise zum Hin- und Herbewegen der Kolben-Stangen- Einheit an eine Pneumatikversorgung anschl ießbar.