专利名称：用于确定汽缸中活塞的位置的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于通过利用超声波信号来确定汽缸中活塞的位置的装置。
背景技术：
根据DE 10322718A1已知以下超声波位置测量系统，在该超声波位置测量系统中，超声波变换器沿活塞的前表面的方向向汽缸发送超声波信号，并接收从该活塞的前表 面反射来的超声波信号。假定已知介质中的声速，则可以基于超声波信号的传输时间来确 定从超声波变换器到活塞的前表面的距离，并由此确定该汽缸内活塞的位置。US 4，543，649说明了类似的系统，其中，在活塞的相关前表面处设置台阶，并且与 汽缸的前表面相对，向所述台阶分配分腔室，其中，紧挨活塞到达末端位置之前该台阶可以 进入该分腔室内。这实现活塞运动的末端位置缓冲，从而防止活塞过于猛烈地撞击前侧止 动件。图1示出已知的活塞汽缸单元的结构原理，其中，利用超声波信号来检测活塞的 位置。在汽缸1的内部，活塞2可以沿轴向移动，另外，利用在前侧从汽缸1引出的活塞 杆3来引导活塞2。与活塞2的前表面4相对，在汽缸1的前侧端配置有包括超声波变换器 6的超声波设备5。超声波变换器6用于沿前表面4的方向发送超声波信号，并用于接收从 前表面4反射来的超声波信号。超声波变换器6连接至分析设备7，分析设备7基于超声波信号的传输时间、并且 利用超声波在填充由汽缸1和活塞2所封闭的主腔室8的介质中的声速，确定从超声波变 换器6到前表面4的距离，并由此确定汽缸1中活塞2的位置。声速依赖于介质、温度和压力，并且在活塞汽缸单元的工作期间变化。为了该目 的，如还在DE 10322718A1所述，在超声波变换器6上游配置离超声波变换器6预定距离10 的基准面9。分析设备7基于超声波信号在超声波变换器6和基准面9之间的传输时间并 利用已知的距离10，始终能够确定实际的声速。例如，该介质可以是液压油或者例如液体或 气体等的其它任何适当的流体。可以利用管道11向主腔室8供给流体并且/或者从主腔室8除去流体，从而改变 活塞2的位置。另外，可以在活塞2的前表面4的背侧，即在活塞杆3侧设置第二主腔室12，并且 还可以利用管道13向第二主腔室12供给介质。这允许作用于活塞2的力增大，并且/或 者可以生成使活塞2例如朝向图1中的左侧移动的返回力。显然，有时由于干涉或散射效应超声波信号可能被干扰，这使得更难以精确确定 活塞2的位置。期望由超声波变换器6发射的超声波信号沿与汽缸1的主轴相对应的主方向14 在汽缸1中前进，并且垂直撞击到活塞2的前表面4上。由于例如散射效果，不可避免还生 成了相对于主方向14倾斜地前进、即例如沿副方向15前进的超声波信号部分。这些信号部分生成可能叠加在从前表面4直接反射来的超声波信号上的干涉信号。因此，特别在超 声波变换器6的位置处，信号沿汽缸1的内壁和活塞2的前表面4所采用的不同的路径14、 15的信号部分可能呈现干涉。这导致超声波变换器6处接收到的信号的失真、放大或部分 衰减。由于信号以多种可能的方式在汽缸1的筒中路径长度不同的筒壁上传播，因此接收 到的信号还被延长和/或被偏移。接收到的信号之间的差异使得更难以精确测量超声波信 号沿主方向14的传输时间。图2示出以回声信号的形式到达超声波变换器6的接收信号的典型振幅。这里， 图2A示出近似理想的接收信号，而图2B示出在存在干涉的情况下的接收信号。由于超声波变换器6的物理性质，在几个振荡周期过程中，例如在3 5个周期和 /或半波的过程中，发送脉冲的振幅增加。图2中未示出发送信号，并且如果要示出发送信 号，则在时间轴的最左侧示出该发送信号。该接收信号包括振幅正在增加的相应数量的半 波，例如，图2A中为5个半波。信号上升的特征是曲线16。由附图标记17来标记信号上升 的起点。图2A所示的并且以曲线16为特征的主信号之后是可能由于干扰而产生的不太强 烈的信号回声。为了确定超声波脉冲的传输时间，使接收信号的振幅记录成和/或标准化为预定 的恒定振幅值18。利用位于分析设备7中的阈值比较器来监视该信号，并且识别是否超出 被标记为阈值19的预定第二水平。在图2A中，由附图标记20A来标记超过阈值19的时间
点o在阈值比较器的针对时间的下游，存在用于精确检测信号的到该信号的例如从负 到正的下一连续过零21A的传输时间的过零比较器。在信号上升的实际起点(附图标记17)和过零21A之间经过时间段22A，并且时间 段22A应当与预定的信号偏移相对应。因此，一旦超声波变换器6确定了从发送脉冲到信 号回声的过零21A的信号传输时间，则减去信号偏移时间段22A，以确定该信号从发送开始 到信号上升的起点17的实际传输时间。为了维持测量精度，需要预定时间段22总是相同和/或需要信号回声能够符合该 预定时间段22。为了该目的，阈值比较器需要在每次测量一致地检测相同的限定半波(在 时间点20A处超过阈值)。为了实现该目的，信号上升16的曲线(前沿)随着时间经过必 须总是示出相同的斜率并且尽可能地陡峭。然而，特别如图2B所示，由于上述干涉和信号扩大，信号形状强烈变化。随着时间 经过，回声信号严重变形，尤其是回声信号的斜率严重变形，并且时间被延长。与图2A相比 较，超过阈值的时间点20B明显延后。因此，检测到的过零21B也明显延后。由此产生的信 号偏移的时间段22B明显长于(正确的)时间段22A。然而，由于在超声波变换器6和/或分析设备7中必须预先确定与时间段22相对 应的信号偏移、并且因此该信号偏移针对所有的测量都是恒定的，因此不再能够精确地确 定超声波信号的实际传输时间。如显而易见，例如从过零21B的时间点减去预先确定的信 号偏移时间段22A将不能确定信号上升的实际起点17。在存在强烈变化的信号形状的情况下，将在不同的时间20A、20B在不同的半波处 触发阈值比较器，由此生成误差23。例如，1. 25MHz的超声波信号的振荡周期是800ns，这与例如1，500m/s的介质声音
6速度的1. 2mm的波长相对应。显然，接收信号由于上述干涉可能强烈变形，以至于阈值比较 器的检测发生几个波列、例如5个波列的误差。这与12mm的距离相对应，并且/或者测量 活塞位置的误差相当于由此测量出的不正确距离的一半，即6mm。
发明内容
本发明的目的在于提供可用于进行更精确的测量的、用于确定汽缸中活塞的位置 的装置。根据本发明，由根据独立权利要求的装置来实现该目的。在从属权利要求中规定 了本发明的其它改进。一种用于确定汽缸中活塞的位置的装置，包括用于向汽缸的内部发送超声波信号 并用于接收从活塞反射来的超声波信号的超声波设备。在汽缸的内部沿与活塞的前表面基 本垂直的方向引导这些信号，并且从活塞的前表面反射这些信号。在活塞的前表面上设置 有突起，并且突起包括相对于活塞的其余前表面偏移了特定高度的前表面。突起的前表面 可以平行于活塞的前表面。然而，突起的前表面必须从活塞的其余前表面明显凸起。特别 地，突起的前表面被设计成，突起在工作期间可以在到达的活塞位置中孤立，即突起的与突 起的前表面邻接、并且引向活塞的前表面的侧表面自由布置，并且特别地，没有紧密邻接汽 缸的内表面。此外，存在分析设备，分析设备用于分析超声波信号从超声波设备到突起的前表 面、然后返回至超声波设备的传输时间，还用于基于超声波信号的传输时间确定活塞的位置。在活塞的前表面上设置的、主要用于反射超声波信号的突起和/或延伸，由此形 成相对于活塞的其余前表面偏移的额外的前表面，并且突起被布置成更接近超声波设备。 由于突起要以在活塞的位置中孤立的方式存在，因此即使在活塞的末端位置时，突起也不 能够位于汽缸的内表面附近，例如由汽缸所形成的止动件上。相反，突起形成显然可以在超 声波回声信号中以高精度识别出的单独的前表面。与突起上的凸起前表面相对，适当地形成活塞的其余前表面，以使得产生邻接汽 缸的内筒壁的凹进活塞面。这里，突起的前表面可被布置成平行于超声波设备的发射面并 且与该发射面直接相对。特别地，突起的前表面的中心轴和发射面的中心轴可以朝向共同 轴o在适当选择突起的前表面的直径以及该突起相对于活塞的其余前表面的高度时， 利用该布置实现了以下来自超声波设备的、由于衍射相关的开度角而跟随例如副方向上 的声程的所有信号部分在活塞的凹进环形面上前进，并且相对于跟随主方向的信号部分在 空间上偏移，因而在时间上也偏移，由此这些信号部分以延迟的方式撞击超声波设备，并且 没有干涉相关的回声信号。这生成了不依赖于汽缸筒中活塞的位置的、第一前沿相同的回声信号。这使得可 以利用阈值比较器准确检测超声波信号的前沿。超声波设备可以包括用于发送和接收超声波信号的超声波变换器。如果可以的 话，则可以设置用于发送和接收超声波信号的单独设备。突起和/或特别是该突起的前表面可被设置成相对于活塞的主轴成轴对称。
因此，突起和/或特别是该突起的前表面在活塞的其余前表面上可以具有圆形或 环形外形。突起可以是活塞的整体组件，或者例如可以通过旋拧将该突起作为单独构成组件 固定至其余的活塞。因此，该突起可以由与活塞相同的材料或者不同的材料构成。突起的直径可以至少与超声波变换器的有效发送面、即发射面的直径相对应。因 而，该突起的前表面对于充分反射超声波信号而言是足够大的。突起的直径应当最大与为引导活塞所确定的汽缸的内直径减去超声波变换器的 发送/发射面的直径相对应。在任意情况下，突起的直径应当仅为使突起和/或该突起的 前表面相对于用于引导活塞的汽缸内壁的距离足以防止在该位置处生成干涉回声信号。突起的高度，即该突起的前表面与活塞的其余前表面之间的距离可以与超声波信 号的上升时间乘以在由活塞和汽缸所封闭的介质中的最大可能声速的一半相对应。如果 满足该条件，则确保从突起的前表面反射来的脉冲早于其它回声信号按时到达超声波变换 器，以使得脉冲未受干涉或其它影响干扰。如果突起较小，即突起的前表面和活塞的前表面 之间的距离较小，则在没有进一步的努力的情况下，不再能够清楚地使信号分离。从物理的角度，突起的高度没有上限。然而，期望在没有更多益处的情况下，不通 过延伸活塞和汽缸来不必要地增加安装空间。可以在汽缸内部设置用于阻止活塞的其它前表面并由此限定活塞的末端位置的 止动件。该止动件可被设计成当活塞处于末端位置时，该活塞的其余前表面中未碰触止动 件的一部分接触介质。因此，即使在活塞的前表面的一部分依靠止动件的末端位置处，突起 也完全被介质围绕，以使得即使在该位置处也可以接收到并处理从突起反射来的超声波信 号。因此，突起在该活塞位置中也以孤立的方式存在，并且该突起的效果未因依靠止动件表 面而被否定。介质可以是例如液压油、水或气体(空气)的普通流体。在活塞位于末端位置的情况下，在活塞的突起和汽缸的止动件之间具有环形间隙 可以是有用的，其中，该环形间隙一侧邻接活塞的前表面的一部分。该环形间隙允许突起和 /或该突起的前表面与属于汽缸的止动件之间的清晰的结构分离，从而能够检测相应地反 射来的回声信号。超声波设备可以是轴向超声波设备，并且可以布置在汽缸的前侧端。然后，利用基 本轴向沿主方向的超声波变换器向汽缸发送超声波信号。然而，超声波设备可以还包括偏转设备，该偏转设备用于使由超声波变换器发送 的超声波信号向活塞的前表面偏转，并且/或者用于使从活塞的前表面反射来的超声波信 号偏转返回至超声波变换器。这里，活塞的前表面应当总是被理解为整个前表面，即包括活 塞上突起的前表面。因此，该偏转设备确保超声波信号无需沿直线从超声波变换器引向活 塞的前表面，而是可以在至少一个位置处经历偏转。超声波设备可以是横向超声波设备，并且可以布置在汽缸的侧面。然后，利用与汽 缸的主轴方向基本成横向的超声波变换器向汽缸发送超声波信号，并且由偏转设备使这些 超声波信号沿活塞的方向偏转例如90°。该布置使得能够不将超声波设备放置在沿汽缸的 前侧端，而是水平位于例如汽缸的套表面上，由此超声波信号在汽缸的内部被偏转，从而以 相同方式垂直撞击到活塞上。
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活塞可以连接至在前侧端从汽缸轴向引出的活塞杆。轴向超声波设备可以布置在 汽缸的未引出活塞杆的前侧端，而横向超声波设备可以布置在汽缸的引出活塞杆的前侧端 的区域中。这样，可以从两侧同时检测活塞的位置，因此可以以更高的精确度确定活塞的位 置。横向超声波设备允许在活塞的大部分被活塞杆填充的一侧引入超声波。此外，可以增 大测量范围即测量长度，并且/或者可以针对增加的安全要求实现测量系统的冗余度。活塞可以在汽缸的主腔室中轴向移动，并且该活塞的前表面上包括台阶，而又在 该台阶上形成突起。以相应的方式，可以在汽缸中设置邻接主腔室的前侧的分腔室，其中， 该分腔室的内部布局被设计成该台阶可以至少部分进入分腔室，并且使得该分腔室经由该 台阶与主腔室分离。这意味着，最初该台阶的形状可以与突起的形状类似，并且从活塞的其 余前表面突出。然而，台阶不在活塞的所有工作位置中孤立，而是紧挨到达末端位置之前以 很大程度上完全配合的方式进入分腔室中，并且在该过程中，除润滑油膜以外，该台阶基本 将分腔室与主腔室分离。这里，台阶接触分腔室，并且/或者在该台阶和分腔室的壁之间仅 留有非常小的间隙。这允许当分腔室中封闭的液体仅可以从该分腔室缓慢流出时，对该活 塞实现末端位置缓冲。作为对比，即使当台阶已经进入分腔室时，突起也以孤立方式存在，以使得突起继 续自由地位于活塞和/或台阶上。超声波设备可以包括到超声波变换器的距离被预先确定的基准面。例如在DE 10322718A1中所述的，可以利用分析设备并基于超声波信号在超声波变换器和基准面之间 的传输时间确定介质中的声速。因此，即使例如由于介质的温度或压力变化或者由于介质 自身的变化、因而声速变化，分析设备也始终能够基于到基准面的传输时间确定声音的当 前速度。这允许即使在测量条件变化的情况下也实现了高的测量精确度。基准面和超声波变换器可以形成结构单元。在存在偏转设备的情况下，也可以使该基准面与偏转设备一体化。用于确定汽缸中活塞的位置的另一设备也包括超声波设备，在该超声波设备上存 在偏转设备，该偏转设备用于使由超声波设备发送的超声波信号向活塞的前表面偏转，或 者用于使从活塞的前表面反射来的超声波信号偏转返回至超声波设备。该装置向活塞的前表面承载突起的上述装置提供了很好的补充。当特别是在汽 缸的活塞杆侧使用该装置时，配备有偏转设备的超声波设备不需要在该活塞上存在这种突 起。在该位置处，活塞和汽缸之间的空间在很大程度上被活塞杆填充，以使得在汽缸的内 壁、活塞背侧的前侧和活塞杆之间，对于介质以及因此对于超声波信号，仅留有相对小的环 形空间。显然，在如此小的空间中的干涉效果不太明显，因而是可容忍的。
以下在附图的辅助下并且通过例子来详细说明本发明的这些以及其它优点和特 征。在附图中图1通过具有超声波设备的已知活塞汽缸单元示出示意图；图2示出在未受干扰的情况下接收到的超声波信号(图2A)和在被干扰的情况下 接收到的超声波信号(图2B)；图3示出具有超声波设备的活塞汽缸单元；
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图4示出回声信号的时间过程；图5示出具有超声波设备的活塞汽缸单元的另一实施例；图6示出活塞汽缸单元的又一实施例；以及图7示出活塞汽缸单元的又一实施例。
具体实施例方式以上基于图1已经说明了具有超声波测量装置的已知活塞汽缸单元。因此，在以 下所述的实施例中使用尽可能相同或类似的结构元件的情况下，使用与图1相同的附图标记。在图3所示的活塞汽缸单元的实施例中，在活塞2的面向超声波变换器6的前表 面4上设置突起30。突起30包括从活塞2的其余前表面4凸起了距离和/或高度32的前 表面31。筒状侧表面31a从前表面31延伸至活塞2的其余前表面4。由此，突起30在活 塞2上形成疣状突起。活塞2的其余前表面4邻接汽缸1的内壁33，并且相对于突起30的前表面31轴 向凹进。突起30的前表面31布置成与超声波变换器6的发送和/或发射面34平行并且 与发送和/或发射面34直接相对。因此，前表面31的中心轴和发射面34的中心轴均布置 在公共轴35上，在所示例子中，公共轴35同时与汽缸1和/或活塞2的主轴相对应。发射 面34的直径可以为6 20mm。利用所述布置以及对前表面31的直径36和前表面31的高度32的适当选择实现 了以下来自超声波变换器6的、由于衍射相关的开度角跟随沿副方向15的声音路径的信 号部分经由活塞2的环形前表面4前进，并且相对于跟随主方向14的信号部分在空间上偏 移，因此在时间上也偏移，这导致回声信号以延迟的方式撞击超声波变换器6，以使得信号 上升的区域中不存在干涉。如以下由图4所示，这产生第一前沿不依赖于汽缸1中活塞2 的位置的回声信号。这便于使用阈值比较器来准确检测超声波信号的前沿。前表面31的直径36最小应当与超声波变换器6的发射面34的直径34b相对应， 以使得不会丢失在超声波变换器6和突起30之间往返的有用信号部分。另一方面，突起30的直径36最大应当与汽缸1即内壁33的内直径37减去超声 波变换器6的发射面34的直径相对应，否则跟随副方向15的信号部分将再次经由突起30 前进并且产生上述干涉。突起30的前表面31相对于活塞2的其余前表面4的距离和/或高度32最小应 当与超声波信号的上升时间同介质中的最大声速相乘的一半相对应。例如，如果超声波信 号的前沿在四个周期的持续时间内延伸，则对于1. 2mm的波长(信号频率为1. 25MHz并且 声速为1，500m/s)，由此产生的突起30的最小所需高度32是(4*1. 2mm)/2 = 4. 8mm/2 = 2. 4mm。因此，例如3mm的高度32就足够了。根据图3，在汽缸1的内壁33上设置活塞2的前表面4可能撞击的环状止动件38。止动件38的所述设计实现了在突起30和环状止动件38之间留有宽度39的环形 间隙，并且即使当活塞2碰触止动件38时，也出现该间隙。环形间隙39确保例如液压油等 的介质可以总是不受阻碍地流向管道11。另一方面，环形间隙39还确保突起30保持孤立，即，突起30不延伸至汽缸1的内壁33附近。在不存在环形间隙39的情况下，将存在如上 所述的干涉的风险。图4示出针对汽缸1中两个不同的活塞位置的回声信号(图4A和图4B)。显而易 见，信号上升16实际相同，而与活塞位置无关。各个偏移周期22也不同。例如，超声波信 号的频率可以是300kHz 3MHz。在超声波信号的另一时间过程中，可以识别出从跟随经由副方向15的声音路径 的信号生成的、并且现在以相对于第一前沿16在时间上偏移的方式到达的信号部分40。可 以将所述信号部分40与同传输时间相关的信号上升16的信号部分清楚地区分开，以使得 可以准确检测超声波信号。在图3所示的实施例中，突起30和/或由突起30所承载的前表面31被设置为圆形。当活塞2和超声波变换器6之间的距离增加时，与从突起30的前表面31反射来 的信号部分相比，从活塞2的其余前表面4反射来的信号部分相对更强烈地增加。因此，以 信号上升16为特征的第一上升信号可能小于例如可以从活塞2的前表面4反射来的信号 部分40等。在这种情况下，为了使得仍精确检测信号上升16处相对不太强烈的信号部分， 更加强烈的信号部分40用于粗略检测活塞2的位置。这样，假定在超声波变换器6处提早 几个周期检测到来自突起30的前表面31的信号上升16，以使得可以相应地分析整个回声 信号。特别地，从接收到信号部分40起，可以检查是否能够检测到较早的不太强烈的信号 上升16。图5示出与图3相同的布置，其中，突起30被设计成圆环状，因此前表面31也具 有圆环状。因此，突起30和/或前表面31形成绕汽缸1的主轴35的同心环。超声波变换器6相对于主轴35偏心布置，并且被布置成其圆形发射面34位于与 突起30的前表面31的一部分相对的位置处。这样，相应凸起的反射面总是位于与超声波 变换器6相对的位置处，而与活塞2的旋转方位无关。例如，在主轴35的中央位置处不存 在放置超声波变换器6的空间时，这是有用的。如图5所示，具有突起30的环状前表面31可以设置在活塞侧。图6示出环状前 表面31位于所谓的“杆侧”、即活塞杆3侧的替代例。为了区别活塞侧的突起(图6中的附 图标记30A)，由附图标记30B来表示杆侧的突起。在图6所示的活塞杆3侧的超声波变换器的装配中，为了结构方面的原因，由同心 环形成的突起30B的内侧轴向邻接活塞杆3是有利的。仅在外侧应当存在环形间隙41，从 而实现与汽缸1的内壁的期望界限。在杆侧设置与以上所示的止动件38相对应的另一环状止动件38B。例如，在两侧均与可移动活塞杆3配合的同步汽缸中可能需要在活塞杆3侧的装 配，以使得仅可以实行超声波变换器6的轴外装配。在大多数情况下，在活塞杆3侧不存在允许以超声波变换器6平行于主轴35或与 主轴35同轴的方式将超声波变换器6装配在汽缸1中的大的装配空间。由于该原因，图6示出也连接至分析设备7B的超声波变换器6B作为变形例。将 超声波变换器6B安装在汽缸1侧面的前表面区域中，并且将超声波信号首先轴向弓I导至汽 缸的内部空间中，在该内部空间中，这些超声波信号在用作偏转设备的偏转镜42上偏转了
1190°，以使得随后如由箭头43所示，这些超声波信号沿突起30B的方向以平行于主轴35的
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万式刖进。另外，可以使与上述基准面9相对应的基准面44与偏转镜42 —体化，并且可用于 测量介质中的声速。横向布置的超声波变换器6B和偏转镜42允许超声波还被引导至活塞杆3和汽缸 1的内壁33之间的非常小的环形间隙41a中。然后，从突起30B反射来的超声波信号经由 偏转镜42被引导返回至超声波变换器6B，在超声波变换器6B中，可以确定传输时间。图7示出在活塞2上设置承载突起30的台阶45的实施例。使台阶45的直径与分腔室47的内直径46 —致，以使得台阶45可以进入分腔室 47，并且以这种方式使分腔室47与汽缸1的主腔室48分离。由于单独的管道11A(引向分 腔室47)和11B(引向主腔室48)，因此可以在紧挨活塞2到达前侧末端位置(图7中的左 端位置)之前缓冲该活塞的运动。特别地，当仅以延迟的方式经由管道11A从分腔室47流 出油时，可以实行该操作。使在US 4，543，649中以相同方式描述的该末端位置缓冲适当工作的前提是，使 台阶45基本完全配合地与分腔室47的内直径46匹配，以使得仅少量的油仍从分腔室47 流入主腔室48中。突起30明显凸起，并由此孤立。在突起30和台阶45的外直径之间，设置有即使 当台阶45已进入分腔室47中时、也便于将突起30与汽缸1的内壁分离的宽的环形间隙。这样，突起30的直径必须最大与分腔室47的内直径46减去超声波变换器6的发 射面34的直径相对应。
权利要求
一种用于确定汽缸(1)中活塞(2)的位置的装置，包括用于向所述汽缸(1)的内部发送超声波信号并用于接收从所述活塞(2)反射来的超声波信号的超声波设备(5)，其中，-在所述汽缸(1)的内部沿基本垂直于所述活塞(2)的前表面(4)的方向引导超声波信号，并且从所述活塞(2)的前表面(4)反射超声波信号；-在所述活塞(2)的前表面(4)上设置有突起(30)，并且所述突起(30)包括相对于所述活塞(2)的其余前表面(4)偏移特定高度(32)的前表面(31)；-所述突起(30)在工作期间能够到达的活塞位置中孤立，以使得邻接所述突起(30)的前表面(31)并且引向所述活塞(2)的前表面(4)的侧表面(31a)自由布置，并且没有紧密邻接所述汽缸(1)的内表面(33)，以及-其中，-存在分析设备(7)，所述分析设备(7)用于分析超声波信号从所述超声波设备(5)到所述突起(30)的前表面(31)、然后返回至所述超声波设备(5)的传输时间，并用于基于超声波信号的所述传输时间确定所述活塞(2)的位置。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述超声波设备(5)包括用于发送和接收 超声波信号的超声波变换器(6)。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述突起(30)、特别是所述突起(30) 的前表面(31)被设置成相对于所述活塞(2)的主轴(35)成轴对称。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述突起(30)、特别是所述 突起(30)的前表面(31)在所述活塞(2)的其余前表面(4)上具有圆形或环形的外形。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述活塞(2)的其余前表面 (4)的至少一部分在轴向的外侧围绕所述突起(30)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述突起(30)是所述活塞 (2)的整体组件，或者所述突起(30)作为单独的结构组件被固定至其余的活塞(2)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，所述突起(30)的直径(36) 最小与超声波变换器(6)的有效发射面(34)的直径(34b)相对应。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述突起(30)的直径(36) 最大与为引导所述活塞(2)所确定的所述汽缸(1)的内直径(37)减去超声波变换器(6) 的发射面(34)的直径相对应。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其特征在于，所述突起(30)的高度(32)， 即所述突起(30)的前表面(31)与所述活塞(2)的其余前表面(4)之间的距离与超声波信 号的上升时间(16)乘以由所述活塞(2)和所述汽缸(1)所封闭的介质中的最大可能声速 的至少一半相对应。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的装置，其特征在于，-在所述汽缸(1)的内侧(23)设置有止动件(38)，所述止动件(38)用于阻止所述活 塞⑵的其余前表面(4)，并由此用于限定所述活塞(2)的末端位置；以及-所述止动件(38)被设计成当所述活塞(2)处于末端位置时，所述活塞(2)的其余前 表面(4)中不触碰所述止动件(38)的一部分接触介质。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的装置，其特征在于，在所述活塞(2)位于末端位置的情况下，在所述突起(30)和止动件(38)之间存在环形间隙(39)，其中，所述环形间 隙(39) —侧邻接所述活塞(2)的前表面(4)的一部分。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的装置，其特征在于，-所述超声波设备(5)是轴向超声波设备(6)，并且布置在所述汽缸(1)的前侧端部；以及-由所述轴向超声波设备的超声波变换器(6)基本轴向地向所述汽缸(1)发送超声波信号。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的装置，其特征在于，所述超声波设备(6B)包 括偏转设备(42)，所述偏转设备(42)用于使由超声波变换器(6B)所发送的超声波信号向 所述活塞(2)的前表面(4)偏转，或者用于使从所述活塞(2)的前表面(4)反射来的超声 波信号偏转返回至超声波变换器(6B)。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的装置，其特征在于，_所述超声波设备是布置在所述汽缸(1)的侧面的横向超声波设备(6B)； _所述横向超声波设备(6B)包括用于与所述汽缸(1)的主轴方向(35)基本成横向地 向所述汽缸(1)发送超声波信号的超声波变换器；以及_所述横向超声波设备(6B)包括用于使超声波信号沿所述活塞(2)的方向偏转90度 的角度的偏转设备(42)。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的装置，其特征在于，-所述活塞(2)连接至在前侧端部从所述汽缸(1)轴向引出的活塞杆(3)； _所述轴向超声波设备(6)布置在所述汽缸(1)的未引出所述活塞杆(3)的前侧端部；以及_所述横向超声波设备(6B)布置在所述汽缸(1)的引出所述活塞杆(3)的前侧端部的 区域中。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的装置，其特征在于， -所述活塞(2)在所述汽缸(1)的主腔室(48)中能够轴向移动；-所述活塞(2)的前表面(4)上包括台阶(45)，在所述台阶(45)上形成有所述突起 (30)；以及-在所述汽缸(1)中设置有邻接所述主腔室(48)的前侧的分腔室(47)，其中，所述分 腔室的内部布局被设计成所述台阶(45)能够至少部分进入所述分腔室(47)，并且由此经 由所述台阶(45)使所述分腔室(47)与所述主腔室(48)分离。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的装置，其特征在于，-所述超声波设备(5)包括到超声波变换器(6)的距离被预先确定的基准面(9 ；44)；以及-利用所述分析设备(7)，基于超声波信号在所述超声波变换器(6)和所述基准面(9 ； 44)之间的传输时间，能够确定介质中的声速。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述基准面(9；44)和所述超声波变换 器(6)形成结构单元。
19.根据权利要求17或18所述的装置，其特征在于，所述基准面(44)与偏转设备(42) 一体化。
20.一种用于确定汽缸(1)中活塞(2)的位置的装置，包括用于向所述汽缸(1)的内部 发送超声波信号并用于接收从所述活塞(2)反射来的超声波信号的超声波设备(5)，其中，-在所述汽缸(1)的内部沿基本垂直于所述活塞(2)的前表面(4)的方向引导超声波 信号；以及-所述超声波设备(5)包括偏转设备(42)，所述偏转设备(42)用于使由所述超声波设 备(5)发送的超声波信号向所述活塞(2)的前表面(4)偏转，或者用于使从所述活塞(2) 的前表面(4)反射来的超声波信号偏转返回至所述超声波设备(5)。
21.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，所述偏转设备(42)被设计成使超声波 信号偏转90度的角度。
全文摘要
本发明涉及用于确定汽缸(1)中活塞(2)的位置的装置，该装置包括用于向汽缸(1)的内部发送超声波信号并用于接收由活塞(2)反射来的超声波信号的超声波设备(5)。在活塞(2)的前表面(4)上设置有突起(30)，并且该突起具有相对于活塞(2)的前表面(4)偏移特定高度的前表面(31)。突起(31)在工作期间能够到达的活塞位置中孤立。分析装置(7)根据超声波信号在超声波设备(5)和突起(30)的前表面(31)之间的传输时间来确定活塞的位置。
文档编号F15B15/28GK101809406SQ200880109249
公开日2010年8月18日 申请日期2008年6月27日 优先权日2007年7月27日
发明者托马斯·沃尔克韦恩 申请人:特鲁玛杰拉特技术有限公司