專利名稱：用于確定汽缸中活塞的位置的裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于通過利用超聲波信號來確定汽缸中活塞的位置的裝置。
背景技術：
根據DE 10322718A1已知以下超聲波位置測量系統，在該超聲波位置測量系統中，超聲波變換器沿活塞的前表面的方向向汽缸發送超聲波信號，并接收從該活塞的前表 面反射來的超聲波信號。假定已知介質中的聲速，則可以基于超聲波信號的傳輸時間來確 定從超聲波變換器到活塞的前表面的距離，并由此確定該汽缸內活塞的位置。US 4，543，649說明了類似的系統，其中，在活塞的相關前表面處設置臺階，并且與 汽缸的前表面相對，向所述臺階分配分腔室，其中，緊挨活塞到達末端位置之前該臺階可以 進入該分腔室內。這實現活塞運動的末端位置緩沖，從而防止活塞過于猛烈地撞擊前側止 動件。圖1示出已知的活塞汽缸單元的結構原理，其中，利用超聲波信號來檢測活塞的 位置。在汽缸1的內部，活塞2可以沿軸向移動，另外，利用在前側從汽缸1引出的活塞 桿3來引導活塞2。與活塞2的前表面4相對，在汽缸1的前側端配置有包括超聲波變換器 6的超聲波設備5。超聲波變換器6用于沿前表面4的方向發送超聲波信號，并用于接收從 前表面4反射來的超聲波信號。超聲波變換器6連接至分析設備7，分析設備7基于超聲波信號的傳輸時間、并且 利用超聲波在填充由汽缸1和活塞2所封閉的主腔室8的介質中的聲速，確定從超聲波變 換器6到前表面4的距離，并由此確定汽缸1中活塞2的位置。聲速依賴于介質、溫度和壓力，并且在活塞汽缸單元的工作期間變化。為了該目 的，如還在DE 10322718A1所述，在超聲波變換器6上游配置離超聲波變換器6預定距離10 的基準面9。分析設備7基于超聲波信號在超聲波變換器6和基準面9之間的傳輸時間并 利用已知的距離10，始終能夠確定實際的聲速。例如，該介質可以是液壓油或者例如液體或 氣體等的其它任何適當的流體。可以利用管道11向主腔室8供給流體并且/或者從主腔室8除去流體，從而改變 活塞2的位置。另外，可以在活塞2的前表面4的背側，即在活塞桿3側設置第二主腔室12，并且 還可以利用管道13向第二主腔室12供給介質。這允許作用于活塞2的力增大，并且/或 者可以生成使活塞2例如朝向圖1中的左側移動的返回力。顯然，有時由于干涉或散射效應超聲波信號可能被干擾，這使得更難以精確確定 活塞2的位置。期望由超聲波變換器6發射的超聲波信號沿與汽缸1的主軸相對應的主方向14 在汽缸1中前進，并且垂直撞擊到活塞2的前表面4上。由于例如散射效果，不可避免還生 成了相對于主方向14傾斜地前進、即例如沿副方向15前進的超聲波信號部分。這些信號部分生成可能疊加在從前表面4直接反射來的超聲波信號上的干涉信號。因此，特別在超 聲波變換器6的位置處，信號沿汽缸1的內壁和活塞2的前表面4所采用的不同的路徑14、 15的信號部分可能呈現干涉。這導致超聲波變換器6處接收到的信號的失真、放大或部分 衰減。由于信號以多種可能的方式在汽缸1的筒中路徑長度不同的筒壁上傳播，因此接收 到的信號還被延長和/或被偏移。接收到的信號之間的差異使得更難以精確測量超聲波信 號沿主方向14的傳輸時間。圖2示出以回聲信號的形式到達超聲波變換器6的接收信號的典型振幅。這里， 圖2A示出近似理想的接收信號，而圖2B示出在存在干涉的情況下的接收信號。由于超聲波變換器6的物理性質，在幾個振蕩周期過程中，例如在3 5個周期和 /或半波的過程中，發送脈沖的振幅增加。圖2中未示出發送信號，并且如果要示出發送信 號，則在時間軸的最左側示出該發送信號。該接收信號包括振幅正在增加的相應數量的半 波，例如，圖2A中為5個半波。信號上升的特征是曲線16。由附圖標記17來標記信號上升 的起點。圖2A所示的并且以曲線16為特征的主信號之后是可能由于干擾而產生的不太強 烈的信號回聲。為了確定超聲波脈沖的傳輸時間，使接收信號的振幅記錄成和/或標準化為預定 的恒定振幅值18。利用位于分析設備7中的閾值比較器來監視該信號，并且識別是否超出 被標記為閾值19的預定第二水平。在圖2A中，由附圖標記20A來標記超過閾值19的時間
點o在閾值比較器的針對時間的下游，存在用于精確檢測信號的到該信號的例如從負 到正的下一連續過零21A的傳輸時間的過零比較器。在信號上升的實際起點(附圖標記17)和過零21A之間經過時間段22A，并且時間 段22A應當與預定的信號偏移相對應。因此，一旦超聲波變換器6確定了從發送脈沖到信 號回聲的過零21A的信號傳輸時間，則減去信號偏移時間段22A，以確定該信號從發送開始 到信號上升的起點17的實際傳輸時間。為了維持測量精度，需要預定時間段22總是相同和/或需要信號回聲能夠符合該 預定時間段22。為了該目的，閾值比較器需要在每次測量一致地檢測相同的限定半波(在 時間點20A處超過閾值)。為了實現該目的，信號上升16的曲線(前沿)隨著時間經過必 須總是示出相同的斜率并且盡可能地陡峭。然而，特別如圖2B所示，由于上述干涉和信號擴大，信號形狀強烈變化。隨著時間 經過，回聲信號嚴重變形，尤其是回聲信號的斜率嚴重變形，并且時間被延長。與圖2A相比 較，超過閾值的時間點20B明顯延后。因此，檢測到的過零21B也明顯延后。由此產生的信 號偏移的時間段22B明顯長于(正確的)時間段22A。然而，由于在超聲波變換器6和/或分析設備7中必須預先確定與時間段22相對 應的信號偏移、并且因此該信號偏移針對所有的測量都是恒定的，因此不再能夠精確地確 定超聲波信號的實際傳輸時間。如顯而易見，例如從過零21B的時間點減去預先確定的信 號偏移時間段22A將不能確定信號上升的實際起點17。在存在強烈變化的信號形狀的情況下，將在不同的時間20A、20B在不同的半波處 觸發閾值比較器，由此生成誤差23。例如，1. 25MHz的超聲波信號的振蕩周期是800ns，這與例如1，500m/s的介質聲音
6速度的1. 2mm的波長相對應。顯然，接收信號由于上述干涉可能強烈變形，以至于閾值比較 器的檢測發生幾個波列、例如5個波列的誤差。這與12mm的距離相對應，并且/或者測量 活塞位置的誤差相當于由此測量出的不正確距離的一半，即6mm。
發明內容
本發明的目的在于提供可用于進行更精確的測量的、用于確定汽缸中活塞的位置 的裝置。根據本發明，由根據獨立權利要求的裝置來實現該目的。在從屬權利要求中規定 了本發明的其它改進。一種用于確定汽缸中活塞的位置的裝置，包括用于向汽缸的內部發送超聲波信號 并用于接收從活塞反射來的超聲波信號的超聲波設備。在汽缸的內部沿與活塞的前表面基 本垂直的方向引導這些信號，并且從活塞的前表面反射這些信號。在活塞的前表面上設置 有突起，并且突起包括相對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，突起的前表面必須從活塞的其余前表面明顯凸起。特別 地，突起的前表面被設計成，突起在工作期間可以在到達的活塞位置中孤立，即突起的與突 起的前表面鄰接、并且引向活塞的前表面的側表面自由布置，并且特別地，沒有緊密鄰接汽 缸的內表面。此外，存在分析設備，分析設備用于分析超聲波信號從超聲波設備到突起的前表 面、然后返回至超聲波設備的傳輸時間，還用于基于超聲波信號的傳輸時間確定活塞的位置。在活塞的前表面上設置的、主要用于反射超聲波信號的突起和/或延伸，由此形 成相對于活塞的其余前表面偏移的額外的前表面，并且突起被布置成更接近超聲波設備。 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時，突起也不 能夠位于汽缸的內表面附近，例如由汽缸所形成的止動件上。相反，突起形成顯然可以在超 聲波回聲信號中以高精度識別出的單獨的前表面。與突起上的凸起前表面相對，適當地形成活塞的其余前表面，以使得產生鄰接汽 缸的內筒壁的凹進活塞面。這里，突起的前表面可被布置成平行于超聲波設備的發射面并 且與該發射面直接相對。特別地，突起的前表面的中心軸和發射面的中心軸可以朝向共同 軸o在適當選擇突起的前表面的直徑以及該突起相對于活塞的其余前表面的高度時， 利用該布置實現了以下來自超聲波設備的、由于衍射相關的開度角而跟隨例如副方向上 的聲程的所有信號部分在活塞的凹進環形面上前進，并且相對于跟隨主方向的信號部分在 空間上偏移，因而在時間上也偏移，由此這些信號部分以延遲的方式撞擊超聲波設備，并且 沒有干涉相關的回聲信號。這生成了不依賴于汽缸筒中活塞的位置的、第一前沿相同的回聲信號。這使得可 以利用閾值比較器準確檢測超聲波信號的前沿。超聲波設備可以包括用于發送和接收超聲波信號的超聲波變換器。如果可以的 話，則可以設置用于發送和接收超聲波信號的單獨設備。突起和/或特別是該突起的前表面可被設置成相對于活塞的主軸成軸對稱。
因此，突起和/或特別是該突起的前表面在活塞的其余前表面上可以具有圓形或 環形外形。突起可以是活塞的整體組件，或者例如可以通過旋擰將該突起作為單獨構成組件 固定至其余的活塞。因此，該突起可以由與活塞相同的材料或者不同的材料構成。突起的直徑可以至少與超聲波變換器的有效發送面、即發射面的直徑相對應。因 而，該突起的前表面對于充分反射超聲波信號而言是足夠大的。突起的直徑應當最大與為引導活塞所確定的汽缸的內直徑減去超聲波變換器的 發送/發射面的直徑相對應。在任意情況下，突起的直徑應當僅為使突起和/或該突起的 前表面相對于用于引導活塞的汽缸內壁的距離足以防止在該位置處生成干涉回聲信號。突起的高度，即該突起的前表面與活塞的其余前表面之間的距離可以與超聲波信 號的上升時間乘以在由活塞和汽缸所封閉的介質中的最大可能聲速的一半相對應。如果 滿足該條件，則確保從突起的前表面反射來的脈沖早于其它回聲信號按時到達超聲波變換 器，以使得脈沖未受干涉或其它影響干擾。如果突起較小，即突起的前表面和活塞的前表面 之間的距離較小，則在沒有進一步的努力的情況下，不再能夠清楚地使信號分離。從物理的角度，突起的高度沒有上限。然而，期望在沒有更多益處的情況下，不通 過延伸活塞和汽缸來不必要地增加安裝空間。可以在汽缸內部設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 止動件。該止動件可被設計成當活塞處于末端位置時，該活塞的其余前表面中未碰觸止動 件的一部分接觸介質。因此，即使在活塞的前表面的一部分依靠止動件的末端位置處，突起 也完全被介質圍繞，以使得即使在該位置處也可以接收到并處理從突起反射來的超聲波信 號。因此，突起在該活塞位置中也以孤立的方式存在，并且該突起的效果未因依靠止動件表 面而被否定。介質可以是例如液壓油、水或氣體(空氣)的普通流體。在活塞位于末端位置的情況下，在活塞的突起和汽缸的止動件之間具有環形間隙 可以是有用的，其中，該環形間隙一側鄰接活塞的前表面的一部分。該環形間隙允許突起和 /或該突起的前表面與屬于汽缸的止動件之間的清晰的結構分離，從而能夠檢測相應地反 射來的回聲信號。超聲波設備可以是軸向超聲波設備，并且可以布置在汽缸的前側端。然后，利用基 本軸向沿主方向的超聲波變換器向汽缸發送超聲波信號。然而，超聲波設備可以還包括偏轉設備，該偏轉設備用于使由超聲波變換器發送 的超聲波信號向活塞的前表面偏轉，并且/或者用于使從活塞的前表面反射來的超聲波信 號偏轉返回至超聲波變換器。這里，活塞的前表面應當總是被理解為整個前表面，即包括活 塞上突起的前表面。因此，該偏轉設備確保超聲波信號無需沿直線從超聲波變換器引向活 塞的前表面，而是可以在至少一個位置處經歷偏轉。超聲波設備可以是橫向超聲波設備，并且可以布置在汽缸的側面。然后，利用與汽 缸的主軸方向基本成橫向的超聲波變換器向汽缸發送超聲波信號，并且由偏轉設備使這些 超聲波信號沿活塞的方向偏轉例如90°。該布置使得能夠不將超聲波設備放置在沿汽缸的 前側端，而是水平位于例如汽缸的套表面上，由此超聲波信號在汽缸的內部被偏轉，從而以 相同方式垂直撞擊到活塞上。
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活塞可以連接至在前側端從汽缸軸向引出的活塞桿。軸向超聲波設備可以布置在 汽缸的未引出活塞桿的前側端，而橫向超聲波設備可以布置在汽缸的引出活塞桿的前側端 的區域中。這樣，可以從兩側同時檢測活塞的位置，因此可以以更高的精確度確定活塞的位 置。橫向超聲波設備允許在活塞的大部分被活塞桿填充的一側引入超聲波。此外，可以增 大測量范圍即測量長度，并且/或者可以針對增加的安全要求實現測量系統的冗余度。活塞可以在汽缸的主腔室中軸向移動，并且該活塞的前表面上包括臺階，而又在 該臺階上形成突起。以相應的方式，可以在汽缸中設置鄰接主腔室的前側的分腔室，其中， 該分腔室的內部布局被設計成該臺階可以至少部分進入分腔室，并且使得該分腔室經由該 臺階與主腔室分離。這意味著，最初該臺階的形狀可以與突起的形狀類似，并且從活塞的其 余前表面突出。然而，臺階不在活塞的所有工作位置中孤立，而是緊挨到達末端位置之前以 很大程度上完全配合的方式進入分腔室中，并且在該過程中，除潤滑油膜以外，該臺階基本 將分腔室與主腔室分離。這里，臺階接觸分腔室，并且/或者在該臺階和分腔室的壁之間僅 留有非常小的間隙。這允許當分腔室中封閉的液體僅可以從該分腔室緩慢流出時，對該活 塞實現末端位置緩沖。作為對比，即使當臺階已經進入分腔室時，突起也以孤立方式存在，以使得突起繼 續自由地位于活塞和/或臺階上。超聲波設備可以包括到超聲波變換器的距離被預先確定的基準面。例如在DE 10322718A1中所述的，可以利用分析設備并基于超聲波信號在超聲波變換器和基準面之間 的傳輸時間確定介質中的聲速。因此，即使例如由于介質的溫度或壓力變化或者由于介質 自身的變化、因而聲速變化，分析設備也始終能夠基于到基準面的傳輸時間確定聲音的當 前速度。這允許即使在測量條件變化的情況下也實現了高的測量精確度。基準面和超聲波變換器可以形成結構單元。在存在偏轉設備的情況下，也可以使該基準面與偏轉設備一體化。用于確定汽缸中活塞的位置的另一設備也包括超聲波設備，在該超聲波設備上存 在偏轉設備，該偏轉設備用于使由超聲波設備發送的超聲波信號向活塞的前表面偏轉，或 者用于使從活塞的前表面反射來的超聲波信號偏轉返回至超聲波設備。該裝置向活塞的前表面承載突起的上述裝置提供了很好的補充。當特別是在汽 缸的活塞桿側使用該裝置時，配備有偏轉設備的超聲波設備不需要在該活塞上存在這種突 起。在該位置處，活塞和汽缸之間的空間在很大程度上被活塞桿填充，以使得在汽缸的內 壁、活塞背側的前側和活塞桿之間，對于介質以及因此對于超聲波信號，僅留有相對小的環 形空間。顯然，在如此小的空間中的干涉效果不太明顯，因而是可容忍的。
以下在附圖的輔助下并且通過例子來詳細說明本發明的這些以及其它優點和特 征。在附圖中圖1通過具有超聲波設備的已知活塞汽缸單元示出示意圖；圖2示出在未受干擾的情況下接收到的超聲波信號(圖2A)和在被干擾的情況下 接收到的超聲波信號(圖2B)；圖3示出具有超聲波設備的活塞汽缸單元；
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圖4示出回聲信號的時間過程；圖5示出具有超聲波設備的活塞汽缸單元的另一實施例；圖6示出活塞汽缸單元的又一實施例；以及圖7示出活塞汽缸單元的又一實施例。
具體實施例方式以上基于圖1已經說明了具有超聲波測量裝置的已知活塞汽缸單元。因此，在以 下所述的實施例中使用盡可能相同或類似的結構元件的情況下，使用與圖1相同的附圖標記。在圖3所示的活塞汽缸單元的實施例中，在活塞2的面向超聲波變換器6的前表 面4上設置突起30。突起30包括從活塞2的其余前表面4凸起了距離和/或高度32的前 表面31。筒狀側表面31a從前表面31延伸至活塞2的其余前表面4。由此，突起30在活 塞2上形成疣狀突起。活塞2的其余前表面4鄰接汽缸1的內壁33，并且相對于突起30的前表面31軸 向凹進。突起30的前表面31布置成與超聲波變換器6的發送和/或發射面34平行并且 與發送和/或發射面34直接相對。因此，前表面31的中心軸和發射面34的中心軸均布置 在公共軸35上，在所示例子中，公共軸35同時與汽缸1和/或活塞2的主軸相對應。發射 面34的直徑可以為6 20mm。利用所述布置以及對前表面31的直徑36和前表面31的高度32的適當選擇實現 了以下來自超聲波變換器6的、由于衍射相關的開度角跟隨沿副方向15的聲音路徑的信 號部分經由活塞2的環形前表面4前進，并且相對于跟隨主方向14的信號部分在空間上偏 移，因此在時間上也偏移，這導致回聲信號以延遲的方式撞擊超聲波變換器6，以使得信號 上升的區域中不存在干涉。如以下由圖4所示，這產生第一前沿不依賴于汽缸1中活塞2 的位置的回聲信號。這便于使用閾值比較器來準確檢測超聲波信號的前沿。前表面31的直徑36最小應當與超聲波變換器6的發射面34的直徑34b相對應， 以使得不會丟失在超聲波變換器6和突起30之間往返的有用信號部分。另一方面，突起30的直徑36最大應當與汽缸1即內壁33的內直徑37減去超聲 波變換器6的發射面34的直徑相對應，否則跟隨副方向15的信號部分將再次經由突起30 前進并且產生上述干涉。突起30的前表面31相對于活塞2的其余前表面4的距離和/或高度32最小應 當與超聲波信號的上升時間同介質中的最大聲速相乘的一半相對應。例如，如果超聲波信 號的前沿在四個周期的持續時間內延伸，則對于1. 2mm的波長(信號頻率為1. 25MHz并且 聲速為1，500m/s)，由此產生的突起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就足夠了。根據圖3，在汽缸1的內壁33上設置活塞2的前表面4可能撞擊的環狀止動件38。止動件38的所述設計實現了在突起30和環狀止動件38之間留有寬度39的環形 間隙，并且即使當活塞2碰觸止動件38時，也出現該間隙。環形間隙39確保例如液壓油等 的介質可以總是不受阻礙地流向管道11。另一方面，環形間隙39還確保突起30保持孤立，即，突起30不延伸至汽缸1的內壁33附近。在不存在環形間隙39的情況下，將存在如上 所述的干涉的風險。圖4示出針對汽缸1中兩個不同的活塞位置的回聲信號(圖4A和圖4B)。顯而易 見，信號上升16實際相同，而與活塞位置無關。各個偏移周期22也不同。例如，超聲波信 號的頻率可以是300kHz 3MHz。在超聲波信號的另一時間過程中，可以識別出從跟隨經由副方向15的聲音路徑 的信號生成的、并且現在以相對于第一前沿16在時間上偏移的方式到達的信號部分40。可 以將所述信號部分40與同傳輸時間相關的信號上升16的信號部分清楚地區分開，以使得 可以準確檢測超聲波信號。在圖3所示的實施例中，突起30和/或由突起30所承載的前表面31被設置為圓形。當活塞2和超聲波變換器6之間的距離增加時，與從突起30的前表面31反射來 的信號部分相比，從活塞2的其余前表面4反射來的信號部分相對更強烈地增加。因此，以 信號上升16為特征的第一上升信號可能小于例如可以從活塞2的前表面4反射來的信號 部分40等。在這種情況下，為了使得仍精確檢測信號上升16處相對不太強烈的信號部分， 更加強烈的信號部分40用于粗略檢測活塞2的位置。這樣，假定在超聲波變換器6處提早 幾個周期檢測到來自突起30的前表面31的信號上升16，以使得可以相應地分析整個回聲 信號。特別地，從接收到信號部分40起，可以檢查是否能夠檢測到較早的不太強烈的信號 上升16。圖5示出與圖3相同的布置，其中，突起30被設計成圓環狀，因此前表面31也具 有圓環狀。因此，突起30和/或前表面31形成繞汽缸1的主軸35的同心環。超聲波變換器6相對于主軸35偏心布置，并且被布置成其圓形發射面34位于與 突起30的前表面31的一部分相對的位置處。這樣，相應凸起的反射面總是位于與超聲波 變換器6相對的位置處，而與活塞2的旋轉方位無關。例如，在主軸35的中央位置處不存 在放置超聲波變換器6的空間時，這是有用的。如圖5所示，具有突起30的環狀前表面31可以設置在活塞側。圖6示出環狀前 表面31位于所謂的“桿側”、即活塞桿3側的替代例。為了區別活塞側的突起(圖6中的附 圖標記30A)，由附圖標記30B來表示桿側的突起。在圖6所示的活塞桿3側的超聲波變換器的裝配中，為了結構方面的原因，由同心 環形成的突起30B的內側軸向鄰接活塞桿3是有利的。僅在外側應當存在環形間隙41，從 而實現與汽缸1的內壁的期望界限。在桿側設置與以上所示的止動件38相對應的另一環狀止動件38B。例如，在兩側均與可移動活塞桿3配合的同步汽缸中可能需要在活塞桿3側的裝 配，以使得僅可以實行超聲波變換器6的軸外裝配。在大多數情況下，在活塞桿3側不存在允許以超聲波變換器6平行于主軸35或與 主軸35同軸的方式將超聲波變換器6裝配在汽缸1中的大的裝配空間。由于該原因，圖6示出也連接至分析設備7B的超聲波變換器6B作為變形例。將 超聲波變換器6B安裝在汽缸1側面的前表面區域中，并且將超聲波信號首先軸向弓I導至汽 缸的內部空間中，在該內部空間中，這些超聲波信號在用作偏轉設備的偏轉鏡42上偏轉了
1190°，以使得隨后如由箭頭43所示，這些超聲波信號沿突起30B的方向以平行于主軸35的
> -_Ls.、產.、rr.
萬式刖進。另外，可以使與上述基準面9相對應的基準面44與偏轉鏡42 —體化，并且可用于 測量介質中的聲速。橫向布置的超聲波變換器6B和偏轉鏡42允許超聲波還被引導至活塞桿3和汽缸 1的內壁33之間的非常小的環形間隙41a中。然后，從突起30B反射來的超聲波信號經由 偏轉鏡42被引導返回至超聲波變換器6B，在超聲波變換器6B中，可以確定傳輸時間。圖7示出在活塞2上設置承載突起30的臺階45的實施例。使臺階45的直徑與分腔室47的內直徑46 —致，以使得臺階45可以進入分腔室 47，并且以這種方式使分腔室47與汽缸1的主腔室48分離。由于單獨的管道11A(引向分 腔室47)和11B(引向主腔室48)，因此可以在緊挨活塞2到達前側末端位置(圖7中的左 端位置)之前緩沖該活塞的運動。特別地，當僅以延遲的方式經由管道11A從分腔室47流 出油時，可以實行該操作。使在US 4，543，649中以相同方式描述的該末端位置緩沖適當工作的前提是，使 臺階45基本完全配合地與分腔室47的內直徑46匹配，以使得僅少量的油仍從分腔室47 流入主腔室48中。突起30明顯凸起，并由此孤立。在突起30和臺階45的外直徑之間，設置有即使 當臺階45已進入分腔室47中時、也便于將突起30與汽缸1的內壁分離的寬的環形間隙。這樣，突起30的直徑必須最大與分腔室47的內直徑46減去超聲波變換器6的發 射面34的直徑相對應。
權利要求
一種用于確定汽缸(1)中活塞(2)的位置的裝置，包括用于向所述汽缸(1)的內部發送超聲波信號并用于接收從所述活塞(2)反射來的超聲波信號的超聲波設備(5)，其中，-在所述汽缸(1)的內部沿基本垂直于所述活塞(2)的前表面(4)的方向引導超聲波信號，并且從所述活塞(2)的前表面(4)反射超聲波信號；-在所述活塞(2)的前表面(4)上設置有突起(30)，并且所述突起(30)包括相對于所述活塞(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)在工作期間能夠到達的活塞位置中孤立，以使得鄰接所述突起(30)的前表面(31)并且引向所述活塞(2)的前表面(4)的側表面(31a)自由布置，并且沒有緊密鄰接所述汽缸(1)的內表面(33)，以及-其中，-存在分析設備(7)，所述分析設備(7)用于分析超聲波信號從所述超聲波設備(5)到所述突起(30)的前表面(31)、然后返回至所述超聲波設備(5)的傳輸時間，并用于基于超聲波信號的所述傳輸時間確定所述活塞(2)的位置。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述超聲波設備(5)包括用于發送和接收 超聲波信號的超聲波變換器(6)。
3.根據權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述突起(30)、特別是所述突起(30) 的前表面(31)被設置成相對于所述活塞(2)的主軸(35)成軸對稱。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的裝置，其特征在于，所述突起(30)、特別是所述 突起(30)的前表面(31)在所述活塞(2)的其余前表面(4)上具有圓形或環形的外形。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的裝置，其特征在于，所述活塞(2)的其余前表面 (4)的至少一部分在軸向的外側圍繞所述突起(30)。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的裝置，其特征在于，所述突起(30)是所述活塞 (2)的整體組件，或者所述突起(30)作為單獨的結構組件被固定至其余的活塞(2)。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的裝置，其特征在于，所述突起(30)的直徑(36) 最小與超聲波變換器(6)的有效發射面(34)的直徑(34b)相對應。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的裝置，其特征在于，所述突起(30)的直徑(36) 最大與為引導所述活塞(2)所確定的所述汽缸(1)的內直徑(37)減去超聲波變換器(6) 的發射面(34)的直徑相對應。
9.根據權利要求1至8中任一項所述的裝置，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)與所述活塞(2)的其余前表面(4)之間的距離與超聲波信 號的上升時間(16)乘以由所述活塞(2)和所述汽缸(1)所封閉的介質中的最大可能聲速 的至少一半相對應。
10.根據權利要求1至9中任一項所述的裝置，其特征在于，-在所述汽缸(1)的內側(23)設置有止動件(38)，所述止動件(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-所述止動件(38)被設計成當所述活塞(2)處于末端位置時，所述活塞(2)的其余前 表面(4)中不觸碰所述止動件(38)的一部分接觸介質。
11.根據權利要求1至10中任一項所述的裝置，其特征在于，在所述活塞(2)位于末端位置的情況下，在所述突起(30)和止動件(38)之間存在環形間隙(39)，其中，所述環形間 隙(39) —側鄰接所述活塞(2)的前表面(4)的一部分。
12.根據權利要求1至11中任一項所述的裝置，其特征在于，-所述超聲波設備(5)是軸向超聲波設備(6)，并且布置在所述汽缸(1)的前側端部；以及-由所述軸向超聲波設備的超聲波變換器(6)基本軸向地向所述汽缸(1)發送超聲波信號。
13.根據權利要求1至12中任一項所述的裝置，其特征在于，所述超聲波設備(6B)包 括偏轉設備(42)，所述偏轉設備(42)用于使由超聲波變換器(6B)所發送的超聲波信號向 所述活塞(2)的前表面(4)偏轉，或者用于使從所述活塞(2)的前表面(4)反射來的超聲 波信號偏轉返回至超聲波變換器(6B)。
14.根據權利要求1至13中任一項所述的裝置，其特征在于，_所述超聲波設備是布置在所述汽缸(1)的側面的橫向超聲波設備(6B)； _所述橫向超聲波設備(6B)包括用于與所述汽缸(1)的主軸方向(35)基本成橫向地 向所述汽缸(1)發送超聲波信號的超聲波變換器；以及_所述橫向超聲波設備(6B)包括用于使超聲波信號沿所述活塞(2)的方向偏轉90度 的角度的偏轉設備(42)。
15.根據權利要求1至14中任一項所述的裝置，其特征在于，-所述活塞(2)連接至在前側端部從所述汽缸(1)軸向引出的活塞桿(3)； _所述軸向超聲波設備(6)布置在所述汽缸(1)的未引出所述活塞桿(3)的前側端部；以及_所述橫向超聲波設備(6B)布置在所述汽缸(1)的引出所述活塞桿(3)的前側端部的 區域中。
16.根據權利要求1至15中任一項所述的裝置，其特征在于， -所述活塞(2)在所述汽缸(1)的主腔室(48)中能夠軸向移動；-所述活塞(2)的前表面(4)上包括臺階(45)，在所述臺階(45)上形成有所述突起 (30)；以及-在所述汽缸(1)中設置有鄰接所述主腔室(48)的前側的分腔室(47)，其中，所述分 腔室的內部布局被設計成所述臺階(45)能夠至少部分進入所述分腔室(47)，并且由此經 由所述臺階(45)使所述分腔室(47)與所述主腔室(48)分離。
17.根據權利要求1至16中任一項所述的裝置，其特征在于，-所述超聲波設備(5)包括到超聲波變換器(6)的距離被預先確定的基準面(9 ；44)；以及-利用所述分析設備(7)，基于超聲波信號在所述超聲波變換器(6)和所述基準面(9 ； 44)之間的傳輸時間，能夠確定介質中的聲速。
18.根據權利要求17所述的裝置，其特征在于，所述基準面(9；44)和所述超聲波變換 器(6)形成結構單元。
19.根據權利要求17或18所述的裝置，其特征在于，所述基準面(44)與偏轉設備(42) 一體化。
20.一種用于確定汽缸(1)中活塞(2)的位置的裝置，包括用于向所述汽缸(1)的內部 發送超聲波信號并用于接收從所述活塞(2)反射來的超聲波信號的超聲波設備(5)，其中，-在所述汽缸(1)的內部沿基本垂直于所述活塞(2)的前表面(4)的方向引導超聲波 信號；以及-所述超聲波設備(5)包括偏轉設備(42)，所述偏轉設備(42)用于使由所述超聲波設 備(5)發送的超聲波信號向所述活塞(2)的前表面(4)偏轉，或者用于使從所述活塞(2) 的前表面(4)反射來的超聲波信號偏轉返回至所述超聲波設備(5)。
21.根據權利要求20所述的裝置，其特征在于，所述偏轉設備(42)被設計成使超聲波 信號偏轉90度的角度。
全文摘要
本發明涉及用于確定汽缸(1)中活塞(2)的位置的裝置，該裝置包括用于向汽缸(1)的內部發送超聲波信號并用于接收由活塞(2)反射來的超聲波信號的超聲波設備(5)。在活塞(2)的前表面(4)上設置有突起(30)，并且該突起具有相對于活塞(2)的前表面(4)偏移特定高度的前表面(31)。突起(31)在工作期間能夠到達的活塞位置中孤立。分析裝置(7)根據超聲波信號在超聲波設備(5)和突起(30)的前表面(31)之間的傳輸時間來確定活塞的位置。
文檔編號F15B15/28GK101809406SQ200880109249
公開日2010年8月18日 申請日期2008年6月27日 優先權日2007年7月27日
發明者托馬斯·沃爾克韋恩 申請人:特魯瑪杰拉特技術有限公司