(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス空間（１４）と流体空間（１６）との間のセパレータとして、アキュムレータ（１２）内に配置されている可動分離要素（１０）の位置の決定のための装置であって、前記決定装置が、前記流体空間（１６）内の圧力を検出する、圧力データの検出のための少なくとも１つの圧力センサ（２６）と、超音波の実行時間から計算される超音波データの検出のため超音波信号を前記流体空間（１６）に放出する少なくとも１つの超音波センサ（２８）と、前記データの評価のための少なくとも１つの計算ユニット（３０）とを備え、前記決定装置を用いて、分離要素（１０）の位置を決定しうる装置であって、
前記決定装置が、温度データの検出のため流体に結合された少なくとも１つの温度センサ（３２）を備える、装置。
【請求項２】
各々熱伝導的に、温度センサ（３２）が前記ガスに結合され、及び／又は、温度センサ（３２）が環境大気に結合される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
手段、具体的には、固形物が、蓄熱（３６、３６’）のために、分離要素（１０）内、及び／又は、ガスアキュムレータ（１８）とガス容器（２２）の間のガスライン（２０）内、及び／又は、ガス容器（２２）内に配置される、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
蓄熱のための手段（３６，３６’）の容積部は、分離要素（１０）内、ガスライン（２０）内及び／又は、ガス容器（２２）内で異なる、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
ガスライン（２０）内の蓄熱のための手段（３６，３６’）の前記容積部は、約２０％〜７０％であり、及び／又は、ガス容器（２２）内の蓄熱のための手段（３６）の前記容積部は、約５％〜１５％である、請求項３又は４に記載の装置。
【請求項６】
ガスライン（２０）内の蓄熱のための手段（３６，３６’）の前記容積部は、約３０％〜４０％であり、及び／又は、ガス容器（２２）内の蓄熱のための手段（３６）の前記容積部は、約１０％である、請求項３又は４に記載の装置。
【請求項７】
アキュムレータ（１２）と、ガス空間（１４）と流体空間（１６）との間のセパレータとしてアキュムレータ（１２）内に配置される可動分離要素（１０）とがある装置であって、
蓄熱のための手段（３６，３６’）、具体的には、固形物が、分離要素（１０）の、前記ガス空間（１４）に開放された区画室内に配置される、装置。
【請求項８】
分離要素（１０）内の蓄熱のための手段（３６）の前記容積部は、約５％〜１５％であり、又は、分離要素（１０）には、蓄熱のための手段（３６，３６’）の異なる容積部の少なくとも２つの領域があり、具体的には、第１の領域では、蓄熱のための手段（３６）の前記容積部が、約５％〜１５％、かつ、第２の領域では、蓄熱のための手段（３６’）の前記容積部が、約２０％〜７０％である、請求項３〜７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
分離要素（１０）内の蓄熱のための手段（３６）の前記容積部は、約１０％であり、又は、分離要素（１０）には、蓄熱のための手段（３６，３６’）の異なる容積部の少なくとも２つの領域があり、具体的には、第１の領域では、蓄熱のための手段（３６）の前記容積部が、約１０％、かつ、第２の領域では、蓄熱のための手段（３６’）の前記容積部が、約３０％〜４０％である、請求項３〜７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
蓄熱のための手段（３６，３６’）は、壁部（３４）よりも熱伝導性が高く、及び／又は、表面はガス空間（１４）の壁部（３４）の内面よりも広い、請求項３〜９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
ガス空間（１４）と流体空間（１６）の間のアキュムレータ（１２）内で移動し、かつ前記空間を互いに分離する分離要素（１０）の位置の決定のための方法であって、以下の：
（ａ）少なくとも１つの圧力センサ（２６）を用いて、前記流体空間（１６）の圧力データを検出するステップ；
（ａ’）少なくとも１つの温度センサ（３２）を用いて、前記流体及び／又は前記ガス及び／又は前記環境大気の温度データを検出するステップ；
（ｂ）前記圧力データ及び温度データを評価して、分離要素（１０）の前記容積及び位置を決定する少なくとも１つの計算ユニット（３０）へ、前記圧力データ及び温度データを転送するステップ；
（ｅ）少なくとも１つの超音波センサ（２８）を用いて、前記流体空間（１６）の、超音波の実行時間から計算される超音波データを検出するステップ；及び
（ｆ）前記超音波データを用いて、分離要素（１０）の位置決定を補正する計算ユニット（３０）へ前記超音波データを転送するステップ；
を含む、方法。
【請求項１２】
誤ったデータ及び／又は欠測データがフィルタリングされて、方法ステップ（ｆ）での前記位置決定の補正には用いられない、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記容積は、実在気体の断熱的な状態方程式を用いて、方法ステップ（ｂ）により前記圧力データから決定される、請求項１１又は１２に記載の方法。
【請求項１４】
断熱的な状態の変化からの偏差（deviation）がその後の位置決定に適応的に考慮される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記容積は、実在気体の等温的な状態方程式を用いて、方法ステップ（ｂ）により前記圧力データから決定される、請求項１１、１２、又は１４に記載の方法。
【請求項１６】
ガス損失は、圧力センサ（３２）を用いて測定される、請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、ガス空間と流体空間の間のセパレータとしての円筒形のアキュムレータ内に配置される、特にピストンである可動分離要素の位置の決定のための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
当該アキュムレータ、特にピストンアキュムレータ、膜アキュムレータ又はバブルアキュムレータは、油圧システム、例えば、掘削機に用いられ、かつ、特に、油圧エネルギーの蓄積に機能する。これに関し、アキュムレータは、流体側及びガス側共にカバーが備えられている円筒管として構成されうる。当該分離要素は、具体的には圧媒液、例えば、油である流体と、例えば窒素であるガスとを分離する。
【０００３】
ここで、流体が当該アキュムレータ内のガスに対して圧迫すると、当該分離要素が移動し、当該ガスが圧縮される。その結果、当該ガスはエネルギーを吸収する。アキュムレータの充填には、典型的には約３〜５秒要する。蓄積されたエネルギーは、その後体積抽出により回復しうる。
【０００４】
これに関して、当該回復したエネルギーは、効率と生じた損失による。生じた損失は、高圧になると、アキュムレータの壁部を十分に断熱することができず、全期間にわたり、状態が変化しない事実に起因させうる。また、ガス損失が生じる可能性もある。
【０００５】
動作中、当該ガス空間内の圧力は当該流体空間内の圧力と一致するため、当該分離要素は当該アキュムレータ内の適切な位置にある。当該流体空間内の圧力と当該ガス空間内の圧力との見込まれる差異は、当該分離要素の摩擦に起因する。
【０００６】
以下、ガスが充填されるいかなる容積もガス空間として解釈される。つまり、当該ガス空間は、ガスが充填される当該アキュムレータの領域と、当該アキュムレータに接続されている１つ以上のガス容器を共に含み、かつ、ガス接続部を含むガスが充填される見込みの接続ラインを含み、当該接続ラインは、下記Ｘにて、ガスラインともいう。蓄積容積は追加的に接続されるガス容器により簡易かつ費用効率も良好に増加しうる。
【０００７】
作動の安全性を確実にするためには、当該ガス空間の圧力を随時制御しなければならない。つまり、例えば、当該アキュムレータの作動の種類により、ある程度のガス損失を想定する必要がある。また、当該ガス空間の圧力は、当該システムの機能を維持しうるように、特定の最小値を下回ってはならない。
【０００８】
また、当該ガス空間の圧力は、当該アキュムレータが所望の最小エネルギーを供給できるか否かにかかわらず、常に制御されなければならない。複数のアキュムレータを並行に切り替える場合、特定の最小圧力を下回るアキュムレータがないことをチェックしなければならない。また、故障したアキュムレータを識別しなければならない。
【０００９】
当該ガス空間の圧力決定にガスの温度を測定することが知られている。しかし、特にガスの供給が不均一なため、温度を正確に測定するのは難しい。そのため、気体の法則を用いても、当該分離要素の位置を決定しえないか、又は誤差が大きい。
【００１０】
さらに、センサを用いた当該分離要素の位置決定が知られている。これには、例えば、ケーブルで操作する測定システムが用いられる。しかし、当該分離要素の最大速度には限界があり、また、当該システムは、高い負荷変動及び膨大な負荷変動には適さない。
【００１１】
別法として、当該分離要素の位置を当該分離要素に接続されたロッドを用いて測定でき、当該ロッドは当該アキュムレータの外部に導かれる。しかし、当該導かれたロッドは、当該ロッドが別途封止されなければならない。また、他の空間が必要となるのは不利である。
【００１２】
さらに、当該分離要素に設置されて当該アキュムレータのハウジングを介して外部に情報を伝達する磁気装置も公知である。当該システムの設計は複雑であり、そのため、故障が頻繁におこる傾向にある。
【００１３】
さらに、当該分離要素の位置決定に超音波センサを用いることが公知である。しかし、例えば強い温度濃勾配や、例えば流体の急速な膨張又は不均一な供給により気泡が生成すると、超音波信号の散乱及び偏向により音の伝播が妨げられ、超音波データが歪む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、簡易な構造で分離要素の位置を正確に決定しうることである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本目的は、請求項１の装置により達成される。
【００１６】
本発明では、当該決定装置は、圧力データの検出のための少なくとも１つの圧力センサと、超音波データの検出のための少なくとも１つの超音波センサと、当該決定装置がそれを用いて当該分離要素の位置を決定しうる、当該データの評価のための少なくとも１つの計算ユニットとを備える。
【００１７】
当該決定装置は、温度データの検出のための少なくとも１つの温度センサを備える。つまり、当該決定装置に対して別のセンサを用いる。当該計算ユニットへ転送できる他の温度データにより、場合により生じるガス損失を測定しうる。
【００１８】
特にガス量の決定及びガス損失の認識には、圧力、容積及び温度を要する。容積は当該分離要素のストロークにより決定しうる。ガス空間の圧力は特に摩擦による相違を除いた流体空間の圧力に相当する。また、概してガス空間の温度は、特に当該流体空間の温度に一致する。
【００１９】
当該アキュムレータ内のガスが少ない場合、高温のため同圧になりうる。ガス量の測定は、当該圧力及びストロークの測定だけでは不十分である。例えば、ガスが少量、当該アキュムレータ内に存在する場合、当該圧力は、ガスが大量の場合に比し、放出時に急速に減圧になるであろう。第１の場合、蓄積エネルギーは、特に第２の場合ケースより低い。
【００２０】
ガス量は、温度測定により正確に測定できる。従って、ガス量は、蓄積エネルギー量が、特定の機能を実行するのに十分であるか否かに関係なく、正確に計算できる。
【００２１】
例えば、当該アキュムレータ内の利用可能なエネルギーが微量の場合、モータは対応してエネルギーをより多く供給しなければならない。これにより移動の進行が遅れうる。
【００２２】
圧力、ピストン位置及び温度の測定により、状態を完全に検出しうる。
【００２３】
複数の独立したセンサがデータを測定することを計算ユニットで実行しうることにより、当該分離要素の位置を正確に決定しうる。当該システムはそれ自体で相互に補完している。従って、例えば、当該超音波データにより圧力データを用いた当該分離要素の位置決定を安定化しうる。別法として、圧力データにより超音波データを用いた当該分離要素の位置決定も改善しうる。このように、ガスの不均一性、ガス損失又は流体中での気泡の生成が起こっても当該分離要素の位置を正確に決定しうる。
【００２４】
これに関連して、特に、ガス損失は温度センサにより測定しうる。
【００２５】
また、圧力、ピストン位置及び温度の組合せ測定によっても、当該アキュムレータ内のガスの量を正確に測定しうる。
【００２６】
本発明の有利な実施形態は、従属項、説明及び図面に記載されている。
【００２７】
１の実施形態では、少なくとも１つの温度センサが熱伝導的に流体に結合している。これに関して、当該温度センサ自体は当該流体中に配置しうる。別法又は加えて、少なくとも１つの温度センサが熱伝導的にガスに結合される。また、当該温度センサは、例えば当該ガス空間内に配置でき、当該ガス空間は、ガスが充填されている当該アキュムレータの領域内、ガス容器内又はガスライン内を意味する。別法又は加えて、少なくとも１つの温度センサが、熱伝導的に環境大気に結合される。従って、当該温度センサは、特に、当該アキュムレータの外部に存在して当該装置の外部の環境温度を測定する。特に、異なる位置に配置された当該温度センサを組み合わせた場合、圧力データ及び超音波データと共に検出される複数のデータにより、当該分離要素の位置を正確に決定しうる。
【００２８】
他の実施形態では、当該圧力センサは当該流体空間の圧力を検出する。従って、当該圧力センサは、例えば、管を介して直接又は間接的に当該流体空間に接続される。しかし、別法又は加えて、圧力センサを用いて、当該ガス空間の圧力を検出してもよい。
【００２９】
当該超音波センサは、例えば、超音波信号を当該流体空間内に放射しうる。このため、当該センサは、当該流体空間に直接又は間接的に接続される。しかし、別法又は加えて、超音波センサが当該ガス空間内に放射しうる。
【００３０】
当該計算ユニットの他の実施形態では、当該圧力センサと当該超音波センサは、共通のユニットを形成する。当該ユニットは、当該温度センサをさらに備えうる。従って、当該コンポーネントは、１つのハウジング内に配置できるか又は別法では、１つのコンポーネントグループに一体化しうる。しかし、当該計算ユニット、当該圧力センサ、当該超音波センサ及び場合によりは当該温度センサを別々のコンポーネントとして構成してもよい。このように、データはデータラインを介して当該計算ユニットへ転送される。また、別法として、例えば無線による無線データ転送も妥当である。
【００３１】
他の実施形態では、蓄熱のため、ある手段、具体的には、固形物が当該ガス空間内に配置される。当該手段は、例えば、金属又は金属合金、例えば、鋼鉄及び／又は鉄でありうる。具体的には、当該手段は、メタルウール、ワイヤ群、板金及び／又は薄板を含みうる。好ましくは、当該手段は、波形の板金からなるシリンダとして形成される。別法では、板金は波形にでき、それにより中空空間を形成するため、隣接する波形板金を、好ましくは、互いに対してずらして位置合わせしうる。また、圧縮されたノブを有する、異なる厚さの板金ディスクも、特に、単位容積あたりの熱容量が高くならなければならない領域及び／又は設置場所に対して個別の整合が必要な領域のスペーサとしうる。当該手段は、当該ガス空間に対する他の熱容量を利用しうる。流体により加圧すると、ガスは、当該ガスの状態のほぼ断熱変化で圧縮されて当該ガスの温度が上昇する。蓄熱のための手段がない場合、当該ガスは、当初、当該アキュムレータ内で高圧であるが、短時間、約１秒で冷却されて、それによりエネルギーを失う。一方、当該ガスは、蓄熱のための当該手段により、ほとんど瞬時に冷却され、その結果、当該ガス空間の圧力は、その圧縮中に低下している。
【００３２】
具体的には、例えば、１００℃及び１００〜２００バールの圧力での窒素の熱容量と、鋼鉄の熱容量を比較すると、当該ガス空間の温度の上昇を半減させるには、鋼鉄を０．５％の容積部を追加すれば十分であるという結果となる。このため、当該アキュムレータは、エネルギーをより多く吸収でき、それにより蓄積容積が高まる。ガスの膨張が逆の場合も同様である。
【００３３】
従って、ガス圧は、蓄熱のための当該手段により、当該ガスの状態の等温的変化を迅速に設定し、その状態変化はほぼ断熱的である。そのため、このタイプの状態の変化は知られており、それにより、当該分離要素の位置を当該圧力測定からより正確に決定する。
【００３４】
他の実施形態では、蓄熱のために、ある手段、具体的には、固形物が、当該分離要素内及び／又はガスアキュムレータとガス容器との間のガスライン内及び／又はガス容器内に配置される。
【００３５】
ガスラインとの用語は、具体的には、ガス接続部、すなわち、実際のガスラインと当該ガスアキュムレータ及び／又はガス容器との間の接続箇所も含む。
【００３６】
当該手段は、例えば、金属又は金属合金、例えば、鋼鉄及び／又は鉄としうる。具体的には、当該手段は、メタルウール、ワイヤ群、板金及び／又は薄板を含みうる。好ましくは、当該手段は、波形の板金シリンダとして形成される。別法として、板金は、波形にでき、この場合、好ましくは、中空空間を形成するために、隣接する板金は、互いに対してずらして位置合わせしうる。また、圧縮されたノブがある厚さが異なる板金ディスクも、特に、単位容積あたりの熱容量が高くなければならない領域及び／又は設置場所に対して個別の整合が必要な領域におけるスペーサでありうる。
【００３７】
従って、当該分離要素のストロークの影響を受けないガス空間全体は、好ましくは、蓄熱のための手段があるように設計しうる。
【００３８】
また、当該分離要素自体も蓄熱しうる。当該熱アキュムレータは、当該分離要素の移動時に、その構造を変えずに移動される。従って、当該熱アキュムレータは、圧縮も膨張もされない。それゆえ、当該構造は、簡易かつ安定していることが分かる。
【００３９】
熱は、当該ガス空間から当該ガス容器内へのガスのオーバーフロー時に既に、当該ガスライン内の熱アキュムレータを介して当該ガスにより吸収しうる。
【００４０】
当該分離要素内及び／又は当該ガスライン内の当該熱アキュムレータは、その蓄積容量を増加させる。さらに、当該ガスの冷却も加速される。
【００４１】
他の実施形態では、当該蓄熱のための手段の容積部、具体的には、当該分離要素内、当該ガスライン内及び／又は当該ガス容器内の金属からなる容積部は異なる。金属としては、例えば、鉄の単位容積当たりの熱容量は非常に大きいため、鉄を用いうる。
【００４２】
有利な実施形態では、当該分離要素内及び／又は当該ガスライン内及び／又は当該ガス容器内の蓄熱のための当該手段の具体的な熱容量は異なる。好ましくは、当該分離要素内の当該蓄熱のための手段の具体的な熱容量は、当該ガスライン内の場合よりも大きく、及び／又は当該ガス容器内の場合よりも大きい。
【００４３】
さらなる有利な実施形態では、当該ガスライン内の当該蓄熱のための手段の容積部は約２０％〜７０％、好ましくは約２５％〜５０％、特に好ましくは約３０％〜４０％であり及び／又は当該ガス容器内の当該容積部は、約５％〜１５％、好ましくは約１０％である。まさに圧縮時に高温はできるだけ迅速に分配されなければならない。特に、等温で当該システムを作動させるには、特に当該ガスラインの熱容量が大きくなければならない。当該ガスラインは、特に当該蓄熱のための手段が異なる容積部の異なる領域がありうる。
【００４４】
本発明はさらに、アキュムレータと、ガス空間と流体空間との間のセパレータとして当該アキュムレータ内に配置される可動分離要素とがある装置に関する。蓄熱のために、ある手段、具体的には、固形物が当該分離要素内に配置される。
【００４５】
当該手段は、例えば、金属又は金属合金、例えば、鋼鉄及び／又は鉄としうる。具体的には、当該手段は、メタルウール、ワイヤ群、板金及び／又は薄板を含みうる。
【００４６】
好ましくは、当該手段は、波形の板金シリンダとして形成される。別法では、板金は、波形にでき、この場合、中空空間を形成するために隣接する波形板金を、好ましくは、互いにずらして位置合わせしうる。また、スペーサとして圧縮されたノブがある厚さが異なる板金ディスクでもよい。当該手段により当該ガス空間に対する他の熱容量を利用しうる。
【００４７】
当該ガス空間は、ガスアキュムレータと、１つ以上のガス容器及び／又はガスラインからなりうる。また、蓄熱のための手段を、当該ガス容器内及び／又は当該ガスライン内に設けうる。当該分離要素内、当該ガスライン内及び／又は当該ガス容器内の当該蓄熱のための手段の容積部は異なってよい。当該ガスライン内の当該蓄熱のための手段の容積部は、例えば約２０％〜７０％、好ましくは約２５％〜５０％特に好ましくは約３０％〜４０％である。当該ガス容器内の容積部は、例えば約５％〜１５％好ましくは、約１０％である。
【００４８】
次の実施形態は共に、本発明の装置に関する。
【００４９】
実施形態では、当該分離要素内の当該蓄熱のための手段の容積部は約５％〜１５％、好ましくは約１０％である。
【００５０】
別法として、当該分離要素には、当該蓄熱のための手段の異なる容積部の少なくとも２つの領域がある。具体的には、第１の領域内の容積部は約５％〜１５％、好ましくは約１０％であり、及び第２の領域では約２０％〜７０％、好ましくは約２５％〜５０％、特に好ましくは約３０％〜４０％である。
【００５１】
約１０％、２０％、３０％及び４０％の容積部を有する他の領域も妥当である。
【００５２】
具体的には、当該領域間に滑走遷移部を設けうる。
【００５３】
他の実施形態では、当該蓄熱のための手段は当該ガス空間の壁部よりも熱伝導性が高い。ガスの圧縮時、特に蓄積エネルギーの一部が、熱エネルギーの形で当該蓄熱のための手段内に急速に蓄積される。当該ガスはあまり強く加熱されずに当該ガス空間の壁部を介して徐々に周囲にエネルギーを分配する。従って、少ないエネルギー損失で当該アキュムレータの効率が高まる。また、圧縮時の圧力は急激に増加せず、冷却による温度低下もわずかで圧力はほぼ時間に依存しない。正確な測定にはなるべく圧力を一定にするのが望ましい。
【００５４】
他の実施形態では、当該蓄熱のための手段の表面は、当該ガス空間の壁部の内面よりも大きい。従って、熱の吸収及び／又は放出が改善されて、当該蓄熱のための手段の表面は大きい。これは、当該板金又は薄板が格子状構造又は波形構造であることですでに実現されている。また、例えば、スチールウール又は鉄ウールを、熱吸収のための手段として用いてよい。表面がより大きい当該蓄熱のための手段を当該ガス空間内へ導入すると状態の変化は等温的な状態の変化に近づく。当該蓄熱のための手段は、このような圧力測定を介した状態の予測を改善し、エネルギー損失を低減しかつ蓄積容量をさらに増加させる。
【００５５】
本発明はさらに、分離要素、特に、ガス空間と流体空間との間で、特に円筒形のアキュムレータ内で移動し、かつ当該空間を互いに分離するピストンの位置決定のための方法に関する。具体的には、当該流体空間の圧力データは、本発明の少なくとも１つの圧力センサを用いて検出される。当該圧力データは、当該圧力データを評価してから当該分離要素の容積及び位置を判断する少なくとも１つの計算ユニットに転送される。同時に、又はその後、少なくとも１つの超音波センサを用いて、特に、当該流体空間の超音波データを測定する。別法又は加えて、当該ガス空間の圧力データ及び／又は超音波データを検出してもよい。当該超音波データは、当該超音波データを用いた当該分離要素の位置決定を補正する当該計算ユニットに転送される。その結果、検出された圧力データは、特に、当該超音波データにより安定化される。
【００５６】
圧力データの検出と超音波データの検出の組合せにより個々の検出方法の欠点を補填しうる。従って、当該分離要素を安定して位置決定しうる。当該測定に影響を及ぼす未知のサイズ及びデータは、当該方法によりパラメータ化でき、かつ、圧力経路挙動は、実行された測定から判断しうる。この挙動は、例えば、同種のプラントへ転送でき、かつプラント固有の自動最適化のための開始値として用いうる。
【００５７】
当該方法は、特に、少なくとも１つの温度センサを用いた当該流体及び／又は当該ガス及び／又は当該環境大気の温度データの検出をさらに含み、当該温度データは、当該計算ユニットへ転送でき、かつ、特に当該位置決定に用いうる。それにより、例えば、非理想気体の状態の方程式に基づいて当該分離要素の位置の計算を改善しうる。当該流体、当該ガス及び／又は当該環境の温度は、特に、ガス損失を検出して測定するために測定される。
【００５８】
実施形態では、誤った及び／又は欠測超音波データはフィルタリングされて、位置決定の補正には用いられない。誤った超音波測定値は、例えば、当該測定値の異常な変化又は当該分離要素の経路から外れる値により生じうる。そのフィルタリングは、例えば、当該計算ユニット内で、適当なアルゴリズムを用いて行われる。このようにして、当該圧力測定に基づく当該分離要素の経路の計算は、補正された超音波データを用いて補正される。
【００５９】
実施形態では、当該容積は、実在気体の状態の断熱方程式を用いて、当該圧力データから測定される。当該流体が当該アキュムレータ内に圧入されると、当該分離要素の動きにより当該ガス空間の圧力が変化する。当該ガスの温度は、後に、当該アキュムレータの壁部を介した温度交換により当該周囲の温度に適合するように、初期の断熱圧縮のために上昇する。極めて短期間、例えば、最大で２秒間、当該ガスの状態の変化を認めることができ、断熱的に計算しうる。当該容積、つまり、当該分離要素の位置は、非理想気体の状態の方程式に基づいて測定された圧力から決定しうる。
【００６０】
従って、当該分離要素の位置決定のための中心的要素は、最初は実在気体の状態の方程式に基づく圧縮ガス又は膨張ガスの容積の変化の計算である。実在気体の状態のベネディクト−ウェッブ−ルービン方程式は、例えば、濃密気体の説明に適し、かつ単純性と精度がうまく一致している。当該圧力は、実在気体の状態方程式における温度、容積及び物質固有の定数の関数として表しうる。従って、ガス固有パラメータと同時に圧力依存パラメータ及び温度依存パラメータを考慮して、当該容積、つまり、ピストン位置に関する測定を、測定した圧力により実行する。変化が小さい場合、次の式が当てはまる。
Ｐ×Ｖｋ（ｐ，Ｔ）＝定数
κは、多原子ガス粒子の内部自由度を表すいわゆる等エントロピー指数である。これは、物質固有でそのガスの温度及び存在に依存する。
【００６１】
好ましくは、状態の断熱変化からの偏差は、後の位置の決定のために適応的に考慮される。周囲への熱輻射や正確な知識が限定されていること、例えば、作動温度、周囲への熱結合又は圧力損失等が関連する境界条件の安定性により、状態の断熱変化の方程式を用いた長期間にわたる当該計算は不可能である。当該アキュムレータの充填は一般に約３〜５秒かかる。当該アキュムレータの壁部は当該期間にすでに大量のエネルギーを吸収している。この挙動は、一般には特定のプラントの場合で再現でき、つまり把握できて計算できる。断熱的挙動からの偏差が判断される適応的方法により、当該偏差を次の計算のために考慮する。このことは、例えば、当該計算ユニット及び対応する数値法を用いて行われる。
【００６２】
他の実施形態では、当該容積は、実在気体の状態の等温方程式を用いて当該圧力データから測定される。当該ガスの状態変化が、例えば、約３秒後の当該周囲との熱交換に相当する場合、当該計算ユニットは、当該分離要素の位置の決定に対して、例えば、実在気体の状態の等温方程式に依存するであろう。従って、当該容積は、最初は断熱的な状態変化により、一定時間経過後は等温的な状態変化により決定しうる。
【００６３】
例えば、蓄熱のための手段を当該ガス空間内に導入した場合、当該システムは、上記のように短期間ですでに等温的な状態変化の状態にある。そのため、等温的な状態変化の方程式は、特に、最初から当該容積の決定に用いうる。
【００６４】
等エントロピー指数ｋは、一定圧力での熱容量と一定容積の熱容量との比として定義され、温度依存ガス膨張に一致する。その値はガス粒子の自由度の数に依存する。その結果、加熱されるガスが少ないほど、蓄熱のための手段を用いた追加の冷却により実現され、その挙動は等温的な境界ケースにより近づく。従って、当該計算は、より単純でありより正確である。
【００６５】
他の実施形態では、当該分離要素の位置決定は継続的に行われる。そのため、永続的に制御しうる。別法では、当該位置決定を単回及び／又はいくつかの時点で実行してもよい。
【００６６】
以下、提出図面を参照して、単に例示として、有利な実施形態について説明する。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】第１の実施形態による装置の概略図である。
【図２】第２の実施形態による装置の概略図である。
【図３】第３の実施形態による本発明の装置の断面図である。
【図４】第４の実施形態による本発明の装置の断面図である。
【図５】第５の実施形態による本発明の装置の断面図である。
【図６ａ】第６の実施形態による本発明の装置の断面図である。
【図６ｂ】図６ａによる装置の断面の詳細図である。
【図６ｃ】図６ａによる装置の断面の詳細図である。
【図７】等温的及び断熱的な状態変化を説明するためのグラフである。
【図８】適応評価を説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００６８】
図１は、分離要素１０を構成する可動ピストン１０の位置決定のための装置を示す。ピストン１０は、ピストンアキュムレータ１２内に配置されてガス空間１４と流体空間１６を分離する。ガス空間１４は、アキュムレータ１２内に配置されるガスアキュムレータ１８、ガスライン２０及びガス容器２２を備える。流体空間１６は、接続部２４を介して、図示されていない油圧システムに接続される。
【００６９】
圧力センサ２６と超音波センサ２８は共に流体空間１６と計算ユニット３０に接続される。
【００７０】
図２にはさらに３つの温度センサ３２が図示される。このように、１つの温度センサ３２は流体空間１６に接続され、別の温度センサ３２はガス容器２２に接続される。他の温度センサ３２は当該装置の外部に配置される。３つの全温度センサ３２は計算ユニット３０に接続される。
【００７１】
流体、例えば、油が接続部２４を介して流体空間１６に流入すると、ガスアキュムレータ１８の方向に圧力が生じた結果ピストン１０が移動する。それにより、ガス空間１４の圧力が高まる。当該ガスの温度は、後にガス空間１４の壁部３４を介した温度交換により環境温度に一致するように、最初は熱的に上昇する。短期間では当該ガスの状態の変化は断熱的と見なしうる。
【００７２】
圧力センサ２６は、最初に、流体空間１６の圧力を測定して、その圧力データを計算ユニット３０へ転送する。計算ユニット３０は、実在気体の断熱的な状態方程式に基づいて、測定された圧力から容積を測定する。ピストンアキュムレータ１２の全体容積は分かっているため、ピストン１０の位置もそこから決定しうる。しかし、当該ガスの状態の変化は、短期間では断熱的である。一定の期間経過後に偏差が生じる。当該偏差は一般的で、特定のプラントのために再生しうるため、それらを把握して計算しうる。従って、適応的方法を用いてその断熱的挙動から偏差を決定でき、計算ユニット３０はその後の計算のために当該偏差を考慮しうる。
【００７３】
さらに、超音波センサ２８は、信号が流体空間１６に放射されて超音波データを測定する。当該信号は、ピストン１０により反射されて再び超音波センサ２８により受信される。このようにピストン１０の位置を決定しうる。例えば、当該流体の急速な膨張のために生じうるある気泡により、音の伝播が当該流体内で妨げられると合理的な測定ができない。さらに、例えば、流入する温熱液体に起因する不均一性が当該測定に影響を及ぼしうる。
【００７４】
ピストン１０の位置決定は圧力データと超音波データの組合せにより行う。このようにして、例えば、最初に圧力センサ２６を用いて流体空間１６の圧力が測定される。超音波センサ２８のデータは、ピストン１０の決定位置を補正するために用いられる。これに関連して、最初は、欠測又は誤った超音波測定値が、計算ユニット３０によりフィルタリングされ、誤った超音波測定値は、例えば、当該測定値の不規則な変化又はピストン経路の外部の値により生じる。これについて、計算ユニット３０は、適当なアルゴリズム及び／又は数値的方法を利用する。一方、超音波データを用いて当該ピストンの位置を決定し、圧力データを用いてこれを補正してもよい。
【００７５】
また、図２による温度センサ３２は、当該流体、当該ガス及び当該環境温度の温度データも測定する。このデータも同様に、ピストン１０の位置の決定に援用される。従って、計算ユニット３０は、圧力データ、超音波データ及び温度データにより、可動ピストン１０の位置を正確に決定する位置にある。
【００７６】
図３は、ガスアキュムレータ１８内、より正確にはピストン１０内、及びガス容器２２内の両方に設けられる熱容量３６を図示する。熱容量３６は、蓄熱のための手段３６に相当する。熱容量３６は、熱伝導性が高く、表面が大きい格子状構成の鋼鉄の板金又は波形の板金シリンダで構成される。容量３６の熱伝導性は、具体的には、ガス空間１４の壁部３４の熱伝導性よりも高い。
【００７７】
ピストン１０内及び／又はガス容器２２内の熱容量３６の容積部は約５％〜１５％、好ましくは約１０％である。
【００７８】
ガス空間１４の圧力はその圧縮中にすでに低下しているため、当該ガスの圧力が上昇すると熱容量３６により急速に冷却される。それにより、ピストンアキュムレータ１２はより多くのエネルギーを吸収でき、それにより、蓄熱容量が高まる。このため、当該ガス圧力はより迅速に等温線に設定される。その結果、圧力センサ２６の圧力データ及び超音波センサ２８の超音波データを利用し、場合により、温度センサ３２の温度データも利用する計算ユニット３０は、実在気体の等温的な状態方程式に基づいて当該容積を計算し、それによりピストン１０の位置も決定する。
【００７９】
図４は、本質的に図３の実施形態に相当する。しかし、他の熱容量３６’がガスライン２０内及びガス接続部２１内に設けられる。この熱容量３６’の容積部は具体的には、ピストン１０又はガス容器２２の容積部よりも大きくでき、約２０％〜７０％、好ましくは約３０％〜４０％である。
【００８０】
図５は、本質的に、図４の実施形態に相当する。しかし、ここでは、分離要素１０は２つの領域に分けられる。第１領域では熱容量３６の容積部は例えば約１０％、具体的にガス容器２２の容積部に相当する。これは、好ましくはガス空間１８に直接隣接する第２領域内よりも小さい。熱容量３６’の容積部は例えば約２０％〜７０％、好ましくは約３０％〜４０％の領域にあり、当該容積部は具体的にガスライン２０の容積部にほぼ相当する。
【００８１】
図６ｂ及び図６ｃの詳細図がある図６ａは、実質的に図４の実施形態に相当する。特に、図６ｂから分かるように、ガス接続部２１はガスアキュムレータ１８及びガス容器２２のための一種のカバーとして構成されている。ガス接続部２１内には熱容量３６’が設けられる。ガスライン２０自体には熱容量３６’がない。しかし、そこに熱容量を設けうる。
【００８２】
熱バッファ板金で形成しうるガス接続部２１の熱容量３６’は、異なる領域Ａ１、Ａ２、Ａ３及びＡ４に分割される。Ａ２の容積はＡ４の容積に一致する。そこでは、各々ガス接続部２１の全体の容積の３分の１を占めている。容積Ａ１及びＡ３は、同サイズであるが、全体としてガス接続部２１の全体の容積のわずか３分の１を占める。
【００８３】
Ａ１及びＡ３の鉄からなる容積部は各々約３０％であり、Ａ２では約４０％であり、Ａ４では約２０％になる。
【００８４】
図６ｃから分かるように、ピストン１０は領域Ａ５、Ａ６、Ａ７及びＡ８に分割される。熱バッファ板金により形成しうる熱容量３６は個々の領域で異なる。鉄からなる当該容積部はＡ５では４０％であり、Ａ６では約３０％であり、Ａ７では約２０％であり、Ａ８では約１０％である。
【００８５】
ガス接続部２１及びピストン１０は共に、場合により、鉄からなる容積部に対して異なる値である、図示された領域よりも大きいか又は小さい領域に分けられる。
【００８６】
図７は、等温的変化の段階３８の場合及び断熱的変化の段階４０の場合の容積Ｖに対する圧力ｐの依存性を示す。両曲線共に及び／又は当該曲線が基づく方程式を、当該容積の決定、つまりピストン１０の位置の決定に用いうる。
【００８７】
計算ユニット３０は、状態の変化により、実在気体の等温的な状態方程式又は断熱的な状態方程式を利用する。これについて、図１及び図２により例えば、断熱的な状態方程式だけを用いうる。それにより、圧縮後の短期間、具体的には、最大１秒で当該挙動は正確に把握される。その後、実際の挙動は状態４０の断熱的な変化から外れる。この偏差は、例えば、図８についてより詳細に説明する適応的方法により解消しうる。
【００８８】
等温的な状態方程式は、別法又は加えて、一定の時点で、例えば、１秒後に用いうる。図３、４、５及び６ａの実施形態で、当該ガスは等温状態である程度永続的に存在する。このため、計算ユニット３０は、当該圧力からの当該容積の計算のため、等温的な状態方程式を用いる。
【００８９】
図８は、超音波測定値ＵＳ、圧力測定値ｐ及び温度測定値Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３に基づくピストン１０の位置の決定のための適応的方法を例示している。このようにして、超音波評価ユニット４２、計算ユニット４４及び出力ユニット４６が、図２による計算ユニット内に配置される。
【００９０】
ピストン位置Ｓ１は、超音波評価ユニット４２の評価関数により、超音波測定値ＵＳから判断して評価される。当該超音波の実行時間から計算されたピストン位置Ｓ１に加え、この値の場合の信頼度Ｑ１も判断される。この信頼度Ｑ１は、この値が、実際の値に関して所定の分布内にある可能性に対する尺度である。信頼度Ｑ１の判断の基準は、反射した超音波信号の強度、測定されたピストン１０の加速度、欠測超音波信号又は多重反射である。例えば、ピストン位置Ｓ１が急激に上昇したり、変化が非現実的に速い場合、信頼度Ｑ１は非常に低くなる。
【００９１】
当該ガスの容積Ｖは、測定された圧力ｐ、測定温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、時間ｔの間の当該評価から計算される。このように、当該計算は、実在気体の状態方程式に基づく計算ユニット４４の計算機能により行われる。ピストン位置Ｓ２もまた容積Ｖから推定しうる。また、信頼度Ｑ２も、このように決定されたピストン位置Ｓ２に関して決定でき、その信頼度は、個々のセンサの精度、具体的には、個々の測定値の変化の勾配に依存する。
【００９２】
Ｐ×Ｖｋ（ｐ，Ｔ）は変化が小さい場合一定である。その変化が大きいほど、偏差の可能性が高まり、それに応じて信頼度Ｑ２も低くなる。圧力ｐと容積Ｖとの間には関連があり、変化が異常に又は非現実的に激しい場合、信頼度Ｑ２が低下することを意味する。
【００９３】
状態方程式から計算されたピストン位置Ｓ２は、計算ユニット４４の計算機能でピストン位置Ｓ１と比較され、そのピストン位置Ｓ１は超音波評価ユニット４２による超音波測定から決定された。信頼度が高いＱ１を超音波測定する場合、状態方程式から計算したピストン位置Ｓ２は結果が偏差の場合に補正される。当該補正は状態方程式の計算で適応パラメータとして用いられてその後の計算で考慮される。このように、計算ユニット４４の計算機能は、当該容積つまりピストン位置Ｑ２を、測定された圧力値ｐ及び温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３から決定し、信頼度が高いＱ１の超音波の結果に対して当該計算を補正し、当該計算値を用いて、信頼度が低いＱ１である領域に超音波測定で当該計算値を補間する。
【００９４】
補間により内挿される一般的な時間間隔は約１秒の程度である。そのようにして計算されたピストン位置Ｓ３の場合、同様に、当該超音波測定の信頼度Ｑ１及びその計算から実質的に生じる信頼度Ｑ３が決定される。
【００９５】
ピストン位置Ｓ３は出力ユニット４６の出力機能により伝達される。このように、状態方程式から計算され、超音波の結果を用いて裏付けられたピストン位置Ｓ３は信頼度Ｑ３に応じて直接出力されるか又は信頼度Ｑ１が十分高い場合は、ピストン位置Ｓ１の超音波の結果も直接出力される。出力ユニット４６の出力機能のピストン位置Ｓ３の信頼度Ｑ３は入力値の信頼度Ｑ１、Ｑ２で構成され、所定の信頼度を下回り、決定されたピストン位置Ｓ３が不正確な場合にすぐにエラーメッセージ又は警告信号を生成するのに用いうる。
【００９６】
例えば、図３による蓄熱の手段３６による当該ガスの冷却は、計算されたピストン位置Ｓ３の精度及び信頼度Ｑ３にとって有利である。
【００９７】
従って、本発明の方法は、簡易な構造の可動分離要素１０の位置を正確に決定しうる。
【符号の説明】
【００９８】
１０    ピストン、分離要素
１２    ピストンアキュムレータ、アキュムレータ
１４    ガス空間
１６    流体空間
１８    ガスアキュムレータ
２０    ガスライン
２１    ガス接続部
２２    ガス容器
２４    接続部
２６    圧力センサ
２８    超音波センサ
３０    計算ユニット
３２    温度センサ
３４    壁部
３６、３６’    熱容量、蓄熱のための手段
３８    等温的な状態変化
４０    断熱的な状態変化
４２    超音波評価ユニット
４４    計算ユニット
４６    出力ユニット
Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、Ａ７、Ａ８    領域
ｐ    圧力
Ｖ    容積
ＵＳ    超音波測定値
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３    温度
ｔ    時間
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３    ピストン位置
Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３    信頼度
【図１】
0005752735.tif 000002
【図２】
0005752735.tif 000003
【図３】
0005752735.tif 000004
【図４】
0005752735.tif 000005
【図５】
0005752735.tif 000006
【図６ａ】
0005752735.tif 000007
【図６ｂ】
0005752735.tif 000008
【図６ｃ】
0005752735.tif 000009
【図７】
0005752735.tif 000010
【図８】
0005752735.tif 000011