EP2725241A1 - Method and device for determining the fill level of a volume - Google Patents

Abstract

The method involves determining maximum value of a physical quantity. The present value of the physical size is determined. The current value is compared with the maximum value of the physical size. The statement about the current level of the fluid in a container (10) is derived from the comparison. The pressure of the fluid before and behind the sealing element and the pressure of the fluid in the return line, and the position of a closure element (21) are determined. An independent claim is included for a fluid power apparatus.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des aktuellen Füllstandes eines Volumens oder der Position der beweglichen Komponente eines fluidtechnischen Aktuators. Weiterhin betrifft die Erfindung eine fluidtechnische Vorrichtung. Die fluidtechnische Vorrichtung kann Volumen umfassen, dessen Füllstand mittels des erfinderischen Verfahrens bestimmt wird. In einer Ausführungsform kann die fluidtechnische Vorrichtung mit einem fluidtechnischen Aktuator ausgestattet sein, bei dem die Position einer beweglichen Komponente des Aktuators mit dem erfinderischen Verfahren bestimmt wird. Ein fluidtechnischer Aktuator kann dabei sowohl ein hydraulischer Zylinder als auch ein Hydromotor mit einem Anschlag sein. Mit der beweglichen Komponente ist die Komponente des fluidtechnischen Aktuators gemeint, die die erzeugte Kraft oder Drehmoment auf das zu bewegende Objekt überträgt. Dies ist zum Beispiel bei einem hydraulischen Zylinder der Zylinderkolben oder bei einem hydraulischen Zahnradmotor die Welle eines Zahnrads. Die Position der beweglichen Komponente wird bei translatorisch wirkenden fluidtechnischen Aktuatoren durch ein Längenmaß und bei rotatorisch wirkenden fluidtechnischen Aktuatoren, wie z. B. einem Zahnradmotor, durch ein Winkelmaß bestimmt, insbesondere durch den Drehwinkel einer Welle eines Zahnrads. Der Anschlag des Hydromotors begrenzt hierbei den Bewegungsumfang der beweglichen Komponente, d. h. dass die Position der beweglichen Komponente einen Maximalwert nicht überschreiten kann. Ein derartiger Anschlag kann durch eine mechanische Blockierung oder aber durch ein Softwaresignal gebildet werden. Der Anschlag kann unmittelbar auf die bewegliche Komponente des Hydromotors wirken oder mittelbar zum Beispiel über das zu bewegende Objekt.The invention relates to a method for determining the current level of a volume or the position of the movable component of a fluidic actuator. Furthermore, the invention relates to a fluid power device. The fluidic device may include volumes whose level is determined by the inventive method. In one embodiment, the fluid power device may be equipped with a fluidic actuator in which the position of a movable component of the actuator is determined by the inventive method. A fluidic actuator can be both a hydraulic cylinder and a hydraulic motor with a stop. By the movable component is meant the component of the fluidic actuator which transmits the generated force or torque to the object to be moved. This is, for example, in a hydraulic cylinder of the cylinder piston or in a hydraulic gear motor, the shaft of a gear. The position of the movable component is at translationally acting fluidic actuators by a linear dimension and rotatory fluidic actuators, such as. As a gear motor, determined by an angle, in particular by the rotation angle of a shaft of a gear. The stop of the hydraulic motor limits the range of motion of the movable component, d. H. that the position of the movable component can not exceed a maximum value. Such a stop may be formed by a mechanical blockage or by a software signal. The stop can act directly on the movable component of the hydraulic motor or indirectly, for example, over the object to be moved.

Die deutsche Offenlegungsschrift DE 100 24 009 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Betätigung eines Hydraulikzylinders. Dabei soll das Verfahren das Problem überwinden, dass ein Hydraulikzylinderkolben mit großer Geschwindigkeit auf ein Hubende des Zylinders trifft. Ein Positionssensor fühlt die Position des Hydraulikzylinderkolbens ab und erzeugt ein Positionssignal. Eine elektronische Steuervorrichtung empfängt ein Bedienerbefehlssignal beispielsweise zur Verfahrgeschwindigkeit des Hydraulikzylinderkolbens und das Positionssignal bestimmt die Ist-Geschwindigkeit des Hydraulikzylinderkolbens und bestimmt einen Grenzwert ansprechend auf die Ist-Geschwindigkeit des Hydraulikzylinderkolbens. Zusätzlich vergleicht die Steuervorrichtung die Bedienersignalgröße mit dem Grenzwert und erzeugt ein Flusssteuersignal ansprechend auf den Vergleich. Eine elektrohydraulische Steuervorrichtung empfängt das Flusssteuersignal und steuert darauf ansprechend die Bewegung des Hydraulikzylinderkolbens.The German patent application DE 100 24 009 A1 describes a method and apparatus for controlling the actuation of a hydraulic cylinder. The process should overcome the problem that a hydraulic cylinder piston with large Speed hits a stroke end of the cylinder. A position sensor senses the position of the hydraulic cylinder piston and generates a position signal. An electronic control device receives an operator command signal, for example, at the travel speed of the hydraulic cylinder piston, and the position signal determines the actual velocity of the hydraulic cylinder piston and determines a limit value in response to the actual velocity of the hydraulic cylinder piston. In addition, the controller compares the operator signal magnitude to the threshold and generates a flow control signal in response to the comparison. An electro-hydraulic control device receives the flow control signal and responsively controls the movement of the hydraulic cylinder piston.

Fluidtechnische Aktuatoren werden in der Antriebstechnik u.a. geschwindigkeits- und druckgeregelt verwendet. Soll ein fluidtechnischer Aktuator auf beide Arten geregelt werden, muss zwischen den beiden Betriebsarten umgeschaltet werden. Im Umschaltpunkt sind die Sollwerte der beiden Regelkreise aneinander anzupassen, um eine schlagfreie Umschaltung zu gewährleisten. Dies setzt einen Positions- und einen Drucksensor voraus. Anhand der Sensorsignale kann ein Umschaltpunkt definiert werden.Fluid technology actuators are used in drive technology u.a. used speed and pressure controlled. If a fluidic actuator is to be controlled in both ways, it is necessary to switch between the two operating modes. At the changeover point, the setpoints of the two control loops must be matched to each other in order to ensure a smooth switchover. This requires a position and a pressure sensor. Based on the sensor signals, a switching point can be defined.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Bestimmung des aktuellen Füllstands eines Behältnisses oder der aktuellen Position der beweglichen Komponente eines fluidtechnischen Aktuators anzugeben, ohne Signale eines Positionssensors zu benutzen. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein fluidtechnisches System bereitzustellen, bei dem der Füllstand des Behältnisses oder die Position der beweglichen Komponente eines fluidtechnischen Aktuators mit dem erfinderischen Verfahren bestimmt wird.The object of the invention is to provide a method for determining the current level of a container or the current position of the movable component of a fluid power actuator, without using signals of a position sensor. It is another object of the invention to provide a fluid power system, wherein the level of the container or the position of the movable component of a fluidic actuator is determined by the inventive method.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen 2-8. Die Aufgabe wird ferner durch eine Vorrichtung nach Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen 10-15.According to the invention, this object is achieved by a method having the features of independent claim 1. Advantageous developments of the method will become apparent from the dependent claims 2-8. The object is further achieved by a device according to claim 9. Advantageous embodiments of the device will become apparent from the dependent claims 10-15.

In einem ersten Ausführungsbeispiels des Verfahrens zur Bestimmung eines Füllstands eines Fluides in einem nicht von außen zugänglichen oder einsehbaren Behältnisses, wobei das Behältnis über ein Regelventil, enthaltend ein Verschlusselement, angesteuert wird, umfasst das Verfahren die Schritte,

1. a) Ermittlung des maximalen Wertes (W_max) einer physikalischen Größe (G_ph,best);
2. b) Bestimmung des momentanen Wertes (W_akt) der physikalischen Größe (G_ph,best);
3. c) Vergleich des momentanen Wertes (W_akt) mit dem maximalen Wert (W_max) der physikalischen Größe (G_ph,best), und Ableiten einer Aussage über den aktuellen Füllstand des Fluids im Behältnis aus diesem Vergleich.

In a first exemplary embodiment of the method for determining a fill level of a fluid in a container that is not accessible from the outside, the container being actuated via a regulating valve, comprising a closure element, the method comprises the steps of

1. a) determination of the maximum value (W _max ) of a physical quantity (G _{ph, best} );
2. b) determining the instantaneous value (W _act ) of the physical quantity (G _{ph, best} );
3. c) Comparison of the current value (W _act ) with the maximum value (W _max ) of the physical quantity (G _{ph, best} ), and derive a statement about the current level of the fluid in the container from this comparison.

Der Füllstand wird somit nicht unmittelbar gemessen sondern mittelbar über gemessene physikalische Größen wie z.B. den Druck bestimmt, aus denen sich der Füllstand ableiten lässt. Der Begriff Füllstand ist dabei so zu verstehen, dass es zwei gegeneinander abgrenzbare Teilvolumina innerhalb des Behältnisses gibt. Diese Teilvolumina können z.B. durch eine Phasengrenze (flüssiges Fluid/gasförmiges Fluid) voneinander getrennt sein oder aber durch einen mechanische Separator wie z.B. ein Zylinderkolben getrennt sein. Der maximale Wert der physikalischen Größe könnte das maximale Volumen des Behältnisses sein, und der momentane Wert der physikalischen Größe das durch das Fluid innerhalb des Behältnisses zu einem bestimmten Zeitpunkt ausgefüllte Volumen sein. Der momentane Wert des Volumens des durch das z.B. flüssige Fluid innerhalb des Behältnisses zu diesem Zeitpunkt ausgefüllten Volumens oder die Position des Separators könnte aus dem Volumenstrom des Fluids in das Behältnis oder aus dem Behältnis bestimmt werden. Der Volumenstrom des Fluids ließe sich z.B. aus den Größen Druck des Fluids im System, dem Druck des Fluids vor und/oder hinter dem Verschlusselement, sowie aus der Position des Verschlusselements bestimmt werden.The level is thus not measured directly but indirectly over measured physical quantities such as e.g. determines the pressure from which the level can be derived. The term level is to be understood that there are two mutually delimitable sub-volumes within the container. These partial volumes may e.g. separated by a phase boundary (liquid fluid / gaseous fluid) or by a mechanical separator such as e.g. a cylinder piston to be separated. The maximum value of the physical quantity could be the maximum volume of the container and the instantaneous value of the physical quantity could be the volume filled by the fluid within the container at a particular time. The instantaneous value of the volume of the volume due to e.g. liquid fluid within the container at this time filled volume or the position of the separator could be determined from the volume flow of the fluid into the container or from the container. The volume flow of the fluid could be e.g. from the variables pressure of the fluid in the system, the pressure of the fluid before and / or behind the closure element, as well as from the position of the closure element are determined.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird das Verfahren zur Bestimmung einer aktuellen Position (x_r) einer beweglichen Komponente eines fluidtechnischen Aktuators verwendet. Der fluidtechnische Aktuator wird über ein Regelventil, enthaltend ein Verschlusselement, angesteuert. Das Verfahren umfasst die Schritte,

1. a) Ermittlung des maximalen Wertes (W_max) einer physikalischen Größe (G_ph,best), die Position der beweglichen Komponente beinhaltend; anschließend
2. b) Bestimmung des momentanen Wertes (W_akt) der physikalischen Größe (G_ph,best), die Position der beweglichen Komponente beinhaltend; anschließend
3. c) Vergleich des momentanen Wertes (W_akt) mit dem maximalen Wert (W_max) der physikalischen Größe (G_ph,best), die Position der beweglichen Komponente beinhaltend, und Ableiten einer Aussage über die aktuelle Position der beweglichen Komponente aus diesem Vergleich.

In a further embodiment, the method is used to determine a current position (x _r ) of a movable component of a fluidic actuator. The fluidic actuator is controlled via a control valve, containing a closure element. The method comprises the steps

1. a) determining the maximum value (W _max ) of a physical quantity (G _{ph, best} ), including the position of the movable component; subsequently
2. b) determination of the instantaneous value (W _act) of the physical magnitude (G _ph,), the position of the movable component _best comprising; subsequently
3. c) comparing the current value (W _act ) with the maximum value (W _max ) of the physical quantity (G _{ph, best} ), including the position of the movable component, and deriving a statement about the current position of the movable component from this comparison.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine Bestimmung des Füllstands eines Volumens bzw. der Position der beweglichen Komponente eines über ein Regelventil mit einem Verschlusselement angesteuerten fluidtechnischen Aktuators mit Hilfe einer beobachtbaren physikalischen Größe, die die Position der beweglichen Komponente beinhaltet. Dazu wird zunächst der maximale Wert der physikalischen Größe ermittelt. Der Begriff "ermitteln" umfasst dabei sowohl die direkte oder indirekte Messung des maximalen Werts der physikalischen Größe als auch die Übernahme eines entsprechenden vorgegebenen Wertes, der z.B. in einem Datenspeicher abgespeichert ist. Anschließend wird der momentane Wert der physikalischen Größe ermittelt, um eine Aussage über den aktuellen Füllstand oder die aktuelle Position der beweglichen Komponente aus einem Vergleich des momentanen Wertes mit dem maximalen Wert der physikalischen Größe zu treffen. Somit ermöglicht die vorliegende Erfindung eine Bestimmung des Füllstands bzw. eine schlagfreie Umschaltung zwischen dem geschwindigkeits- und druckgeregelten Betrieb eines fluidtechnischen Aktuators, ohne dass ein Positionssensor zur Bestimmung der aktuellen Position der beweglichen Komponente zur Verfügung stehen muss.The present invention enables a determination of the level of a volume or the position of the movable component of a fluidic actuator actuated by a control valve with a closure element by means of an observable physical quantity which includes the position of the movable component. First, the maximum value of the physical variable is determined. The term "detect" includes both the direct or indirect measurement of the maximum value of the physical quantity and the assumption of a corresponding predetermined value, e.g. is stored in a data memory. Subsequently, the instantaneous value of the physical quantity is determined in order to make a statement about the current fill level or the current position of the movable component from a comparison of the current value with the maximum value of the physical quantity. Thus, the present invention enables a determination of the level or a shock-free switching between the speed and pressure-controlled operation of a fluidic actuator without a position sensor for determining the current position of the movable component must be available.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der fluidtechnische Aktuator mindestens eine Zylinderkammer auf und die physikalische Größe ist das Volumen der mindestens einen Zylinderkammer. Der momentane Wert des Volumens der mindestens einen Zylinderkammer wird dabei aus dem Volumenstrom des fluidtechnischen Mediums zum fluidtechnischen Aktuators bestimmt, wobei der Volumenstrom des fluidtechnischen Mediums zum fluidtechnischen Aktuator aus den Größen Druck des fluidtechnischen Mediums im System und Druck des fluidtechnischen Mediums in der mindestens einen Zylinderkammer sowie der Position des Verschlusselements bestimmt wird. Dabei kann die Position des Verschlusselements mittels einer direkten Messung bestimmt werden. Es ist aber auch möglich, die Position des Verschlusselements indirekt aus einer Größe zu bestimmen, die mit der Position des Verschlusselements in Beziehung steht. Wird das Verschlusselement elektrisch angesteuert, kann dies beispielsweise die Ansteuerspannung sein. Die Bestimmung des momentanen Volumens der mindestens einen Zylinderkammer erfolgt dabei durch Integration des Volumenstroms. Ein einmalig ermitteltes oder vorgegebenes maximales Volumen wird als Referenz für den maximalen Zylinderhub verwendet.In an advantageous embodiment of the invention, the fluidic actuator has at least one cylinder chamber and the physical quantity is the volume of the at least one cylinder chamber. The instantaneous value of the volume of the at least one cylinder chamber is determined from the volume flow of the fluidic medium to the fluidic actuator, wherein the Volumetric flow of the fluidic medium to the fluidic actuator from the variables pressure of the fluidic medium in the system and pressure of the fluidic medium in the at least one cylinder chamber and the position of the closure element is determined. In this case, the position of the closure element can be determined by means of a direct measurement. However, it is also possible to indirectly determine the position of the shutter member from a size related to the position of the shutter member. If the closure element is electrically activated, this can be, for example, the activation voltage. The determination of the instantaneous volume of the at least one cylinder chamber takes place by integration of the volume flow. A once determined or predetermined maximum volume is used as a reference for the maximum cylinder stroke.

Die verwendeten Signale (Systemdruck, Kammerdruck sowie Verschlusselementposition) stehen in den meisten Systemen standardmäßig zur Verfügung. Somit kann beispielsweise der Umschaltpunkt zwischen der Geschwindigkeits- und Druckregelung bestimmt und eine schlagfreie Umschaltung gewährleistet werden, ohne dass ein Positionssensor, der die Position des Zylinderkolbens detektiert, vorhanden sein muss. Dieses Verfahren ist universell und kann z. B. bei Zylindern unterschiedlicher Größe angewendet werden.The signals used (system pressure, chamber pressure and shutter position) are standard on most systems. Thus, for example, the switching point between the speed and pressure control determined and a shock-free switching can be ensured without a position sensor that detects the position of the cylinder piston must be present. This method is universal and can, for. B. be applied to cylinders of different sizes.

Das einmalig ermittelte oder vorgegebene maximale Volumen wird als Referenz für den maximalen Zylinderhub verwendet. Das im Betrieb bestimmte Volumen repräsentiert dabei die momentane Zylinderkolbenposition. Der Vergleich der beiden Größen maximales Volumen und bestimmtes Volumen ermöglicht eine Aussage zu der aktuellen Zylinderkolbenposition.The once determined or predetermined maximum volume is used as a reference for the maximum cylinder stroke. The volume determined during operation represents the current cylinder piston position. The comparison of the two variables maximum volume and specific volume allows a statement about the current cylinder piston position.

Alternativ zum Volumen der mindestens einen Zylinderkammer kann auch die hydraulische Kapazität einer in einer Zylinderkammer eingeschlossenen Ölfeder als physikalische Größe, die Position des Zylinderkolbens beinhaltend, benutzt werden.As an alternative to the volume of the at least one cylinder chamber, the hydraulic capacity of an oil spring enclosed in a cylinder chamber can also be used as a physical variable, including the position of the cylinder piston.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine fluidtechnische Vorrichtung. Die fluidtechnische Vorrichtung weist ein nicht von außen zugängliches oder einsehbares Behältnis auf. Der Füllstand des Behältnisses mit einem Fluid wird über ein Regelventil, enthaltend ein Verschlusselement, angesteuert. Des Weiteren weist die fluidtechnische Vorrichtung ein elektronisches Steuerungsmittel, Mittel zur Messung physikalischer Größen (G_ph) und ein Steuerungsprogramm auf. Das Steuerungsprogramm umfasst einen Algorithmus zur Bestimmung des aktuellen Füllstands des Fluids im Behältnis aus einer beobachteten physikalischen Größe (G_ph,best), wobei die beobachtete physikalische Größe (G_ph,best) in dem Steuerungsprogramm aus den gemessenen physikalischen Größen (G_ph) errechnet wird. Das Steuerungsprogramm arbeitet somit das zuvor beschriebene Verfahren ab.Another aspect of the present invention relates to a fluid power device. The fluid power device has a not accessible from the outside or viewable container. The level of the container with a fluid is via a control valve, containing a closure element, driven. Furthermore, the fluid power device has an electronic control means, means for measuring physical quantities (G _ph ) and a control program. The control program includes an algorithm for determining the actual level of the fluid in the container from an observed physical quantity (G _{ph, best} ), the observed physical quantity (G _{ph, best} ) in the control program being calculated from the measured physical quantities (G _ph ) becomes. The control program thus operates the method described above.

Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen fluidtechnischen Vorrichtung weist einen fluidtechnischen Aktuator mit einer beweglichen Komponente auf, wobei der fluidtechnische Aktuator ebenfalls über ein Regelventil, enthaltend ein Verschlusselement, angesteuert wird. Weiterhin weist die fluidtechnische Vorrichtung eine elektronische Steuerung, Mittel zur Messung physikalischer Größen und ein Steuerungsprogramm auf. Das Steuerungsprogramm enthält einen Algorithmus zur Bestimmung der aktuellen Position der beweglichen Komponente aus einer beobachteten physikalischen Größe, welche die Position der beweglichen Komponente beinhaltet, wobei die beobachtete physikalische Größe in dem Steuerungsprogramm aus den gemessenen physikalischen Größen errechnet wird.Another embodiment of the fluidic device according to the invention has a fluidic actuator with a movable component, wherein the fluidic actuator is also controlled via a control valve, containing a closure element. Furthermore, the fluid power device has an electronic control, means for measuring physical quantities and a control program. The control program includes an algorithm for determining the current position of the moveable component from an observed physical quantity that includes the position of the moveable component, wherein the observed physical variable in the control program is calculated from the measured physical quantities.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der fluidtechnische Aktuator mindestens eine Zylinderkammer auf und die beobachtete physikalische Größe ist das Volumen der mindestens einen Zylinderkammer. Dabei können die Mittel zur Beobachtung physikalischer Größen einen Sensor zur Messung des Drucks des fluidtechnischen Mediums im System, einen Sensor zur Messung des Drucks des fluidtechnischen Mediums in der mindestens einen Zylinderkammer und/oder einen Sensor zur Ermittlung der Position des Verschlusselements umfassen. Wird die Position des Verschlusselements indirekt bestimmt, können die Mittel zur Beobachtung physikalischer Größen auch Mittel zur Bestimmung dieser indirekten Größen umfassen, wie beispielsweise ein Mittel zur Bestimmung der Ansteuerspannung im Falle der elektrischen Ansteuerung des Verschlusselements.In an advantageous embodiment, the fluidic actuator has at least one cylinder chamber and the observed physical variable is the volume of the at least one cylinder chamber. The means for observing physical variables may include a sensor for measuring the pressure of the fluidic medium in the system, a sensor for measuring the pressure of the fluidic medium in the at least one cylinder chamber and / or a sensor for determining the position of the closure element. If the position of the closure element is determined indirectly, the means for observing physical quantities may also comprise means for determining these indirect variables, for example a means for determining the drive voltage in the case of electrical activation of the closure element.

Der Algorithmus zur Beobachtung der Volumina kann beispielsweise als ein Teil der Software in der Ventilelektronik beziehungsweise in einer übergeordneten Steuerung umgesetzt sein.The algorithm for monitoring the volumes can be implemented, for example, as a part of the software in the valve electronics or in a higher-level controller.

Diese Erfindung erlaubt, einen Füllstands oder Positions- beziehungsweise Geschwindigkeitsregelkreis aufzubauen, ohne dass ein direkt gemessenes Füllstands- oder Positionssignal zur Verfügung steht. Sollte ein Füllstandssensor oder Positionssensor dennoch vorhanden sein, kann das beschriebene Verfahren zu Diagnosezwecken verwendet werden. Auch zur Umsetzung einer Notlaufstrategie kann das Verfahren genutzt werden. Das Verfahren kann nicht nur mit einem Zylinderkammervolumen oder der hydraulischen Kapazität einer eingeschlossenen Ölfeder, sondern mit jeglicher physikalischen Größe umgesetzt werden, die die Position der beweglichen Komponente beinhaltet.This invention allows to build a level or position or velocity loop without a directly measured fill level or position signal being available. Should a level sensor or position sensor still be present, the described method can be used for diagnostic purposes. The procedure can also be used to implement an emergency running strategy. The method can be implemented not only with a cylinder chamber volume or the hydraulic capacity of an enclosed oil spring, but with any physical quantity including the position of the movable component.

Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Abbildungen.Further advantages, features and expedient developments of the invention will become apparent from the dependent claims and the following description of preferred embodiments with reference to the drawings.

Von den Abbildungen zeigt:

• Fig. 1 Blockschaltbild einer ersten erfindungsgemäßen fluidtechnischen Vorrichtung
• Fig. 2 Blockschaltbild einer zweiten erfindungsgemäßen hydraulischen Vorrichtung
• Fig. 3 Kennlinien

From the pictures shows:

• Fig. 1 Block diagram of a first fluid power device according to the invention
• Fig. 2 Block diagram of a second hydraulic device according to the invention
• Fig. 3 characteristics

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen fluidtechnischen Vorrichtung 1. Das Behältnis in Form eines Behälters 15 weist ein Volumen auf, das von außen nicht eingesehen werden kann. Das Volumen kann zumindest teilweise mit Hilfe einer Pumpe mit einem Fluid gefüllt werden, so dass das Volumen einen bestimmten Füllstand V_r aufweist. Der Begriff Füllstand ist dabei so zu verstehen, dass es zwei gegeneinander abgrenzbare Teilvolumina innerhalb des Behältnisses gibt. Diese Teilvolumina können z.B. durch eine Phasengrenze (flüssiges Fluid/gasförmiges Fluid) voneinander getrennt sein oder aber durch einen mechanischen Separator wie z.B. ein Zylinderkolben 11, der in Fig. 2 näher beschrieben wird. Im Falle des mechanischen Separators können in den Teilvolumen ein oder zwei kompressible Fluide wie z.B. Gase vorhanden sein (Pneumatik), oder ein oder zwei inkompressible Fluide wie z.B. Hydrauliköle vorhanden sein, die durch den Separator getrennt werden. In dem in Fig. 1 geschilderten Ausführungsbeispiel befindet sich in einen ersten Teilvolumen 16 ein Hydrauliköl und in einem zweiten Teilvolumen 17 ein Gas wie z.B. Luft. Der Behälter 15 weist zudem keine Mittel zur direkten Detektion des Füllstandes V_r oder alternativ zur Bestimmung der Position der Phasengrenze auf, so dass der Füllstand V_r nicht direkt gemessen werden kann. Fig. 1 shows a block diagram of a fluid power device according to the invention 1. The container in the form of a container 15 has a volume that can not be viewed from the outside. The volume can be filled at least partially with the aid of a pump with a fluid, so that the volume has a certain level V _r . The term level is to be understood that there are two mutually delimitable sub-volumes within the container. These partial volumes can be separated from one another, for example, by a phase boundary (liquid fluid / gaseous fluid) or else by one mechanical separator such as a cylinder piston 11, the in Fig. 2 will be described in more detail. In the case of the mechanical separator, one or two compressible fluids such as gases may be present in the subvolume (pneumatics), or one or two incompressible fluids such as hydraulic oils may be present which are separated by the separator. In the in Fig. 1 described embodiment is located in a first sub-volume 16, a hydraulic oil and in a second sub-volume 17, a gas such as air. The container 15 also has no means for direct detection of the level V _r or alternatively for determining the position of the phase boundary, so that the level V _r can not be measured directly.

Der Behälter 15 wird über ein Regelventil 20, das ein Verschlusselement 21 aufweist, angesteuert. In der Fig. 1 ist ein 4/3-Wegeventil mit Sperr-Mittelstellung gezeigt. Die Erfindung ist aber nicht auf die Verwendung eines solchen Ventils beschränkt, sondern es können auch andere Regelventile zum Einsatz kommen. Das Regelventil 20 weist ein Mittel 44 zur Messung der Position y_VK des Verschlusselements 21 auf. Bei diesem Mittel 44 kann es sich beispielsweise um einen induktiven Wegaufnehmer handeln. Aber auch alle anderen geeigneten Mittel 44 zur Messung der Position y_VK des Verschlusselements 21, die auch nicht zwingend mit dem Regelventil 20 verbunden sein müssen, sind von der Erfindung umfasst. Die Arbeitsanschlüsse A, B des Ventils sind mit dem ersten Teilvolumen 16 beziehungsweise dem zweiten Teilvolumen 17 verbunden. Die Arbeitsanschlüsse S und T sind mit einer Hydraulikpumpe 25 beziehungsweise mit der Rücklaufleitung verbunden. In den jeweiligen Druckleitungen 2,3 sind Mittel 42,43 zur Messung des Drucks der jeweiligen Fluide p₁₂, p₁₃ vorgesehen. Dabei kann es sich beispielsweise um Manometer handeln, die eine zum jeweiligen gemessenen Druck p₁₂, p₁₃ proportionale elektrische Spannung ausgeben. Diese Mittel 42,43 können aber auch andere Ausführungsformen aufweisen und sich auch an anderer Stelle befinden, solange sie geeignet sind, den Druck der Fluide p₁₂, p₁₃ in den jeweiligen Teilvolumen 16, 17 zu messen. Die Messung der Drucks p₁₃ und des nachfolgend beschriebenen Drucks p_T ist dabei in diesem Ausführungsbeispiel optional. Weiterhin weist die Vorrichtung ein Mittel 41 zur Messung des Drucks des z.B. Hydrauliköls p_S zwischen dem Regelventil 20 und der Hydraulikpumpe 25 auf, bei dem es sich ebenfalls beispielsweise um ein Manometer handeln kann, das eine zum jeweiligen gemessenen Druck p_S proportionale elektrische Spannung ausgibt. Schließlich weist die Vorrichtung ein Mittel 46 zur Messung des Drucks des z.B. Hydrauliköls p_T zwischen dem Regelventil 20 und dem Tank auf, bei dem es sich ebenfalls beispielsweise um ein Manometer handeln kann, das ein zum jeweiligen gemessenen Druck p_T proportionales elektrisches Signal ausgibt.The container 15 is controlled via a control valve 20 which has a closure element 21. In the Fig. 1 is a 4/3-way valve with locking center position shown. However, the invention is not limited to the use of such a valve, but other control valves may be used. The control valve 20 has a means 44 for measuring the position y _{VK of} the closure element 21. This means 44 may be, for example, an inductive displacement transducer. However, all other suitable means 44 for measuring the position y _{VK of} the closure element 21, which also need not necessarily be connected to the control valve 20, are encompassed by the invention. The working ports A, B of the valve are connected to the first sub-volume 16 and the second sub-volume 17. The working ports S and T are connected to a hydraulic pump 25 and to the return line, respectively. In the respective pressure lines 2,3 means 42,43 for measuring the pressure of the respective fluids p ₁₂ , p _{13 are} provided. These may be, for example, pressure gauges which output a voltage proportional to the respective measured pressure p ₁₂ , p ₁₃ . However, these means 42, 43 can also have other embodiments and can also be located elsewhere, as long as they are suitable for measuring the pressure of the fluids p ₁₂ , p ₁₃ in the respective sub-volume 16, 17. The measurement of the pressure p ₁₃ and the pressure p _T described below is optional in this embodiment. Furthermore, the device has a means 41 for measuring the pressure of, for example, hydraulic oil p _S between the control valve 20 and the hydraulic pump 25, which may also be, for example, a pressure gauge that outputs a proportional to the respective measured pressure p _S electrical voltage , Finally, points the device comprises a means 46 for measuring the pressure of, for example, hydraulic oil p _T between the control valve 20 and the tank, which may also be, for example, a pressure gauge which outputs an electrical signal proportional to the respective measured pressure p _T.

Zur Bestimmung des Füllstands V_r werden die gemessenen Werte p₁₂, p₁₃, p_S, p_T, y_VK einem elektronischen Steuerungsmittel 30 zugeleitet, wobei der Wert p₁₃ und p_T in diesem Fall lediglich optional ist. Hier werden in einem ersten Schritt in einem ersten Rechenwerk 31 der Momentanwert des ersten Teilvolumens 16 W_12,akt bestimmt. Dazu wird mittels der Gleichung $$Q_A=K_1{y}_{\mathit{VK}}{\left(\frac{2\left(p_S-p_{12}\right)}{\rho }\right)}^{1/2}$$

zunächst der in das erste Teilvolumen 16 geflossene Volumenstrom Q_A bestimmt, wobei K₁ den Durchflussfaktor oder den Durchflusskoeffizient des Regelventils 20 von S nach A bezeichnet, und p die Dichte des Fluids (Hydrauliköl) bezeichnet. Er ist ein Maß für den erzielbaren Durchsatz einer Flüssigkeit oder eines Gases durch das Regelventil für den Weg S nach A. Wird der bestimmte Volumenstrom Q_A über die Zeit integriert, in der das Hydrauliköl in den Behälter 15 einfließt, wird eine Aussage über das in den Behälter 15 geflossene Volumen W_12,akt gewonnen. Im Falle eines aus dem Teilvolumen 16 ausfließenden Fluids wird der Term (p_S-p₁₂) unter der Wurzel in Gleichung (1) durch den Term (p₁₂-p_T) ersetzt.In order to determine the fill level V _r , the measured values p ₁₂ , p ₁₃ , p _s , p _T , y _{VK are} fed to an electronic control means 30, the value p ₁₃ and p _T in this case being merely optional. Here, in a first step in a first arithmetic unit 31, the instantaneous value of the first subvolume 16 W _{12, akt is} determined. This is done by means of the equation $$Q_A=K_1{y}_{\mathit{VK}}{\left(\frac{2\left(p_S-{\mathrm{<figure-callout\; id="12"\; label="p"\; filenames="imgf0002.png,imgf0003.png"\; state="\{\{state\}\}">p</figure-callout>}}_{12}\right)}{\rho }\right)}^{1/2}$$

First, the volume flow Q _A flowed into the first partial volume 16 is determined, K _{1 designating} the flow factor or the flow coefficient of the control valve 20 from S to A, and p denotes the density of the fluid (hydraulic oil). It is a measure of the achievable throughput of a liquid or gas through the control valve for the path S to A. If the specific volume flow Q _{A is integrated} over the time in which the hydraulic oil flows into the container 15, a statement about the in the container 15 flowed volume W _{12, akt} recovered. In the case of a fluid flowing out of the partial volume 16, the term (p _s -p ₁₂ ) under the root in equation (1) is replaced by the term (p ₁₂ -p _T ).

In einem zweiten Schritt werden in einem zweiten Rechenwerk 32 das aktuell bestimmte Volumen W_12,akt zu dem maximalen Volumen W_12,max ins Verhältnis gesetzt, wodurch man das normierte Volumen erhält. Das entsprechende maximale Volumen W_12,max könnte dabei als Konstante vorgegeben sein, wenn die konstruktiven Daten des Behälters 15 bekannt wären. Das entsprechende maximale Volumen W_12,max könnte aber auch während einer Referenzfahrt wie oben beschrieben ermittelt werden, wenn die konstruktiven Daten des Behälters 15 beispielsweise a priori nicht bekannt sind. Sieht man von der inneren Leckage des Behälters 15 ab, so entspricht der Verlauf eines normierten Volumens dem Füllstand Vr.In a second step, the currently determined volume W _{12, akt is} set in relation to the maximum volume W _{12, max} in a second arithmetic unit 32, whereby the normalized volume is obtained. The corresponding maximum volume W _{12, max} could be specified as a constant if the design data of the container 15 were known. However, the corresponding maximum volume W _{12, max} could also be determined during a reference run as described above, if the design data of the container 15 are not known a priori, for example. Apart from the internal leakage of the container 15, the course of a normalized volume corresponds to the filling level Vr.

Zur Verdeutlichung der Verfahrensschritte wurden in der Fig. 1 ein erstes Rechenwerk 31 und ein zweites Rechenwerk 32 eingezeichnet, wobei in dem ersten Rechenwerk 31 die Bestimmung des Momentanwertes des Volumens W₁₂,_akt erfolgt, während in dem zweiten Rechenwerk 32 die Bestimmung des Füllstands V_c erfolgt. Es ist aber nicht zwingend erforderlich, dass diese Bestimmungen in unterschiedlichen Rechenwerken 31,32 erfolgen. Das elektronische Steuerungsmittel 30 kann für die Bestimmung auch nur ein Rechenwerk 31,32 aufweisen. Ebenso kann das elektronische Steuerungsmittel 30 auch aus einer integrierten Ventilelektronik bestehen.To clarify the process steps were in the Fig. 1 a first arithmetic unit 31 and a second arithmetic unit 32 drawn, wherein in the first arithmetic unit 31, the determination of the instantaneous value of the volume W ₁₂ , _akt takes place while in the second arithmetic unit 32, the determination of the level V _c . However, it is not absolutely necessary for these determinations to be made in different arithmetic units 31, 32. The electronic control means 30 may also have only one calculating unit 31, 32 for the determination. Likewise, the electronic control means 30 may also consist of an integrated valve electronics.

Um die Genauigkeit zu vergrößern, kann man zudem in analoger Art und Weise den Druck p₁₃ verwenden. In diesem Fall wird zusätzlich der Atmosphärendruck p_T (oder allgemeiner der am vierten Arbeitsanschluss T des Regelventils 20 anliegende Druck) bestimmt, und der aus dem zweiten Teilvolumen 17 ausströmende Volumenstrom somit mittels der Gleichung $$Q_B=K_2{y}_{\mathit{VK}}{\left(\frac{2\left(p_{13}-p_T\right)}{\rho }\right)}^{1/2}$$

bestimmt, wobei K₂ den Durchflussfaktor oder den Durchflusskoeffizient des Regelventils 20 von B nach T bezeichnet. Die Bestimmung des aus dem zweiten Teilvolumen einströmenden Volumens W_13,akt erfolgt dann wieder über Zeitintegration des Volumenstroms Q_B über die Zeitdauer des Ausströmens. Hat der Behälter ein Gesamtvolumen V, so sollte sich V immer zu V = W_12,akt + W_13,akt ergeben, sofern sich kein mechanischer Separator im Behälter 15 befindet. Im Falle eines in das Teilvolumen 17 einfließenden Fluids wird der Term (p₁₃-p_T) unter der Wurzel in Gleichung (1) durch den Term (p_s-p₁₃) ersetzt.In order to increase the accuracy, one can also use the pressure p ₁₃ in an analogous manner. In this case, the atmospheric pressure p _T is additionally (or more generally of the fourth working port T of the regulating valve 20 applied pressure) is determined, and the flowing out of the second partial volume 17 volume flow thus by means of the equation $$Q_B={\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="K"\; filenames="imgf0003.png"\; state="\{\{state\}\}">K</figure-callout>}}_2{y}_{\mathit{VK}}{\left(\frac{2\left(p_{13}-p_T\right)}{\rho }\right)}^{1/2}$$

where K ₂ denotes the flow factor or flow coefficient of the control valve 20 from B to T. The determination of the inflowing from the second partial volume volume W _{13, akt} then takes place again over time integration of the volume flow Q _B over the duration of the outflow. If the container has a total volume V, then V should always result in V = W _{12, act} + W _{13, nude} , unless there is a mechanical separator in the container 15. In the case of a fluid flowing into the partial volume 17, the term (p ₁₃ -p _T ) under the root in equation (1) is replaced by the term (p _s -p ₁₃ ).

Wie man den zuvor gemachten Ausführungen entnimmt, könnte die zweite Druckleitung 3 auch wegelassen werden. Der Behälter wäre dann z.B. ein Druckspeicher dessen Füllstand z.B. mit einem Hydrauliköl mittels Gleichung 1 bestimmt werden kann. In diesem Zusammenhang ist auch zu beachten, dass z.B. der Druck p₁₂ eine Funktion der Zeit sein kann. Diese Zeitabhängigkeit ist bei der Integration zu berücksichtigen. Alternativ zur Integration über die Zeit kann z.B. p₁₂ regelmäßig mit einem Zeitabstand Δt =t_n+1-t_n gemessen werden, so dass sich W_12,akt in guter Näherung aus der Summe der Volumenströme Q_A,n multipliziert mit Δt bestimmen lassen würde, so dass sich der Füllstand V_c, wie zuvor gezeigt, bestimmen lässt. Es bietet sich aber in allen Fällen eine regelmäßige Kalibrierung an, um zu große Diskrepanzen zwischen dem bestimmten Füllstand V_c und dem realen Füllstand V_r des Behälters 15 zu vermeiden.As can be seen from the statements made above, the second pressure line 3 could also be omitted. The container would then be eg an accumulator whose level can be determined, for example, with a hydraulic oil by means of Equation 1. In this context it should also be noted that as the pressure p ₁₂ is a function of time can be. This time dependence is at the To consider integration. As an alternative to integration over time, for example, p ₁₂ can be measured regularly with a time interval Δt = t _{n + 1} -t _n , so that W _{12, akt can be determined} to a good approximation from the sum of the volume flows Q _{A, n} multiplied by Δt would, so that the level V _c , as previously shown, determine. In all cases, however, it is advisable to calibrate regularly in order to avoid large discrepancies between the specific fill level V _c and the actual fill level V _{r of} the container 15.

In diesem Zusammenhang ist auch zu beachten, dass es bei schnellen Füllstandsänderungen zu Temperaturänderungen des oder der Fluide kommen kann. Diese Temperaturänderungen haben bei inkompressiblen Medien nur einen geringen Einfluss und können meistens vernachlässigt werden. Bei kompressiblen Medien kann der Einfluss mittels des temperaturabhängigen Kompressionsmoduls berücksichtigt werden. Letzteres setzt aber eine zeitabhängige Temperaturmessung voraus, wie in Fig. 1 anhand eines Mittels zur Messung der Temperatur 45 des Fluids im zweiten Teilvolumen 17 als Option angedeutet ist. Die so gemessenen Temperaturdaten können vom ersten Rechenwerk 31 berücksichtig werden, um den Volumenstrom zu bestimmen. In Abhängigkeit von der Konstruktion und der benötigten Genauigkeit können auch weitere Temperaturmessungen an anderen Stellen vorgenommen werden.It should also be noted in this context that rapid changes in the fill level can lead to temperature changes of the fluid or fluids. These temperature changes have only a minor influence on incompressible media and can usually be neglected. For compressible media, the influence of the temperature-dependent compression module can be taken into account. The latter, however, requires a time-dependent temperature measurement, as in Fig. 1 is indicated by means of a means for measuring the temperature 45 of the fluid in the second sub-volume 17 as an option. The temperature data measured in this way can be taken into account by the first calculating unit 31 in order to determine the volume flow. Depending on the design and the required accuracy, other temperature measurements can be made elsewhere.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen hydraulischen Vorrichtung 100. Das Behältnis ist ein fluidtechnischer Aktuator 10 in Form eines Hydraulikzylinders und weist in seinem Inneren eine bewegliche Komponente 11 in Form eines Zylinderkolbens auf. Weiterhin befindet sich auf der einen Seite des Zylinderkolbens 11 eine erste Zylinderkammer 12, während sich auf der gegenüberliegenden Seite des Zylinderkolbens 11 eine zweite Zylinderkammer 13 befindet. Der Zylinderkolben 11 befindet sich an einer realen Position x_r. Der Hydraulikzylinder 10 weist kein Mittel zur direkten Detektion dieser Position x_r auf, so dass die Position x_r des Zylinderkolbens 11 nicht direkt gemessen werden kann. Der Hydraulikzylinder 10 wird über ein Regelventil 20, das ein Verschlusselement 21 aufweist, angesteuert. In der Fig. 1 ist ein 4/3-Wegeventil mit Sperr-Mittelstellung gezeigt. Die Erfindung ist aber nicht auf die Verwendung eines solchen Ventils beschränkt, sondern es können auch andere Regelventile zum Einsatz kommen. Das Regelventil 20 weist ein Mittel 44 zur Messung der Position y_VK des Verschlusselements 21 auf. Bei diesem Mittel 44 kann es sich beispielsweise um einen induktiven Wegaufnehmer handeln. Aber auch alle anderen geeigneten Mittel 44 zur Messung der Position y_VK des Verschlusselements 21, die auch nicht zwingend mit dem Regelventil 20 verbunden sein müssen, sind von der Erfindung umfasst. Die Arbeitsanschlüsse A, B des Ventils sind mit der ersten Zylinderkammer 12 beziehungsweise der zweiten Zylinderkammer 13 verbunden. In den jeweiligen Druckleitungen 2, 3 sind Mittel 42, 43 zur Messung des Drucks des hydraulischen Mediums p₁₂, p₁₃ vorgesehen. Dabei kann es sich beispielsweise um Manometer handeln, die zum jeweiligen gemessenen Druck p₁₂, p₁₃ proportionale elektrische Signale ausgeben. Diese Mittel 42, 43 können aber auch andere Ausführungsformen aufweisen und sich auch an anderer Stelle befinden, solange sie geeignet sind, den Druck des hydraulischen Mediums p₁₂, p₁₃ in der jeweiligen Zylinderkammer 12, 13 zu messen. Weiterhin weist die Vorrichtung ein Mittel 41 zur Messung des Drucks des hydraulischen Mediums p_s im System auf, bei dem es sich ebenfalls beispielsweise um ein Manometer handeln kann, das eine zum jeweiligen gemessenen Druck p_s proportionale elektrische Spannung ausgibt. Schließlich weist die Vorrichtung ein Mittel 46 zur Messung des Drucks des z.B. Hydrauliköls p_T in der Rücklaufleitung des Regelventils 20 und dem Tank auf, bei dem es sich ebenfalls beispielsweise um ein Manometer handeln kann, das ein zum jeweiligen gemessenen Druck p_T proportionales elektrisches Signal ausgibt. Fig. 2 shows a block diagram of a hydraulic device 100 according to the invention. The container is a fluidic actuator 10 in the form of a hydraulic cylinder and has in its interior a movable component 11 in the form of a cylinder piston. Furthermore, located on one side of the cylinder piston 11, a first cylinder chamber 12, while on the opposite side of the cylinder piston 11, a second cylinder chamber 13 is located. The cylinder piston 11 is located at a real position x _r . The hydraulic cylinder 10 has no means for direct detection of this position x _r , so that the position x _{r of} the cylinder piston 11 can not be measured directly. The hydraulic cylinder 10 is controlled via a control valve 20, which has a closure element 21. In the Fig. 1 is a 4/3-way valve with locking center position shown. However, the invention is not limited to the use of such a valve, but other control valves may be used. The Control valve 20 has a means 44 for measuring the position y _{VK of} the closure element 21. This means 44 may be, for example, an inductive displacement transducer. However, all other suitable means 44 for measuring the position y _{VK of} the closure element 21, which also need not necessarily be connected to the control valve 20, are encompassed by the invention. The working ports A, B of the valve are connected to the first cylinder chamber 12 and the second cylinder chamber 13, respectively. In the respective pressure lines 2, 3 means 42, 43 for measuring the pressure of the hydraulic medium p ₁₂ , p _{13 are} provided. These may be, for example, pressure gauges which output proportional electrical signals to the respective measured pressure p ₁₂ , p ₁₃ . However, these means 42, 43 may also have other embodiments and be located elsewhere as long as they are suitable to measure the pressure of the hydraulic medium p ₁₂ , p ₁₃ in the respective cylinder chamber 12, 13. Furthermore, the device has a means 41 for measuring the pressure of the hydraulic medium p _s in the system, which may also be, for example, a pressure gauge which outputs a voltage proportional to the respective measured pressure p _s . Finally, the apparatus includes a means 46 for measuring the pressure of for example hydraulic oil p _T in the return line of the control valve 20 and the tank, which may for example be a pressure gauge also comprising a measured at the respective pressure p _T proportional electrical signal outputs.

Zur Bestimmung der Position x_c des Zylinderkolbens 11 werden die gemessenen Werte p₁₂, p₁₃, p_s, p_T, y_VK einem elektronischen Steuerungsmittel 30 zugeleitet. Hier werden in einem ersten Schritt in einem ersten Rechenwerk 31 die Momentanwerte der Volumina W₁₂,_akt, W_13,akt der ersten Zylinderkammer 12 beziehungsweise zweiten Zylinderkammer 13 bestimmt. Dazu werden zunächst die in die Zylinderkammern 12,13 geflossenen Volumenströme bestimmt, was über den Drosselquerschnitt der Steuerkante des Verschlusselements 21, der als Funktion des Hubes des Verschlusselements 21 bekannt ist, sowie den gemessenen Druckabfall über die Steuerkante als Differenz der gemessenen Drücke des hydraulischen Mediums (p₁₂, p₁₃ p_S und p_T) zwischen zwei Zeitpunkten möglich ist. Werden die bestimmten Volumenströme über die Zeit integriert, wird eine Aussage über die in die Zylinderkammer geflossenen Volumina W_12,akt, W_13,akt gewonnen.To determine the position x _{c of} the cylinder piston 11, the measured values p ₁₂ , p ₁₃ , p _s , p _T , y _{VK are} fed to an electronic control means 30. Here, in a first step in a first arithmetic unit 31, the instantaneous values of the volumes W ₁₂ , _akt , W _{13, akt of} the first cylinder chamber 12 and second cylinder chamber 13 are determined. For this purpose, the volume flows which have flowed into the cylinder chambers 12, 13 are first determined, which is known via the throttle cross section of the control edge of the closure element 21, which is known as a function of the stroke of the closure element 21, and the measured pressure drop across the control edge as the difference between the measured pressures of the hydraulic medium (p ₁₂ , p ₁₃ p _S and p _T ) between two times is possible. If the specific volume flows integrated over time, a statement about the flowed into the cylinder chamber volumes W _{12, akt} , W _{13, akt} obtained.

In einem zweiten Schritt werden in einem zweiten Rechenwerk 32 die aktuell bestimmten Volumina W_12,akt, W_13,akt zu den maximalen Volumina W_12,max, W_13,max ins Verhältnis gesetzt, wodurch man die normierten Volumina erhält. Die entsprechenden maximalen Volumina W_12,max, W_13,max können dabei als Konstanten vorgegeben werden, wenn die konstruktiven Daten des Hydraulikzylinders 10 bekannt sind. Die entsprechenden maximalen Volumina W_12,max, W_13,max können aber auch während einer Referenzfahrt wie oben beschrieben ermittelt werden, wenn die konstruktiven Daten des Hydraulikzylinders 10 beispielsweise a priori nicht bekannt sind. Sieht man von der inneren Leckage des Hydraulikzylinders ab, so entspricht der Verlauf eines normierten Volumens der normierten Position Pos_norm des Zylinderkolbens 11 beim Aus- beziehungsweise Einfahren. Damit die während der Fahrt entstandenen Bestimmungsfehler im Rahmen bleiben, können beim Ausfahren das Volumen W_13,max und beim Einfahren das Volumen W_12,max zurückgesetzt werden.In a second step, the currently determined volumes W _{12, akt} , W _{13, akt are} set in relation to the maximum volumes W _{12, max} , W _{13, max} in a second arithmetic unit 32, whereby the standardized volumes are obtained. The corresponding maximum volumes W _{12, max} , W _{13, max} can be specified as constants, if the structural data of the hydraulic cylinder 10 are known. But the corresponding maximum volumes W _{12, max,} W _{13, max} can also during homing be determined as described above, when the design data of the hydraulic cylinder 10 are not a priori known, for example. Apart from the internal leakage of the hydraulic cylinder, the course of a normalized volume corresponds to the normalized position Pos _{norm of} the cylinder piston 11 during extension or retraction. In order to ensure that the determination errors that occur during the journey remain within limits, the volume W _{13, max} can be reset during extension and the volume W _{12, max can be} reset during retraction.

Zur Verdeutlichung der Verfahrensschritte wurden in der Fig. 2 ein erstes Rechenwerk 31 und ein zweites Rechenwerk 32 eingezeichnet, wobei in dem ersten Rechenwerk 31 die Bestimmung der Momentanwerte der Volumina W_12,akt, W_13,akt erfolgt, während in dem zweiten Rechenwerk 32 die Bestimmung der Position x_c des Zylinderkolbens 11 erfolgt. Es ist aber nicht zwingend erforderlich, dass diese Bestimmungen in unterschiedlichen Rechenwerken 31, 32 erfolgen. Das elektronische Steuerungsmittel 30 kann für beide Bestimmungen auch nur ein Rechenwerk 31,32 aufweisen. Ebenso kann das elektronische Steuerungsmittel 30 auch aus einer integrierten Ventilelektronik bestehen.To clarify the process steps were in the Fig. 2 a first arithmetic unit 31 and a second arithmetic unit 32 drawn, wherein in the first arithmetic unit 31, the determination of the instantaneous values of the volumes W _{12, act} , W _{13, act akt} , while in the second arithmetic unit 32, the determination of the position x _{c of} the cylinder piston 11 , However, it is not absolutely necessary for these determinations to take place in different arithmetic units 31, 32. The electronic control means 30 may also have only one calculating unit 31, 32 for both determinations. Likewise, the electronic control means 30 may also consist of an integrated valve electronics.

In der Fig. 2 werden die Volumina W_12,akt, W_13,akt beider Zylinderkammern 12, 13 bestimmt. Für die Bestimmung der Position x_c des Zylinderkolbens 11 wird aber nur das Volumen W_12,akt, W_13,akt der jeweiligen Arbeits-Zylinderkammer 12, 13 benötigt, so dass bei einem einseitig wirkenden Hydraulikzylinder 10 nur der Druck des hydraulischen Mediums p₁₂, p₁₃ in der jeweiligen Arbeits-Zylinderkammer 12, 13 gemessen werden muss.In the Fig. 2 are the volumes W _{12, Nude} , W _{13, act} both cylinder chambers 12, 13 determined. For the determination of the position x _{c of} the cylinder piston 11 but only the volume W _{12, akt} , W _{13, akt} the respective working cylinder chamber 12, 13 is required, so that in a unilaterally acting hydraulic cylinder 10, only the pressure of the hydraulic medium p _12th , p ₁₃ in the respective working cylinder chamber 12, 13 must be measured.

Fig. 3 zeigt die simulierten Verläufe der realen Position x_r eines Zylinderkolbens 11 (durchgezogene Linie) und der bestimmten Position x_c eines Zylinderkolbens 11 (gestrichelte Linie) beim Ausfahren. Diese sind normiert dargestellt. Der bestimmte Verlauf weist mit der zunehmenden Position x_c eine größer werdende Abweichung von der realen Position x_r auf. Diese Abweichung kann beispielsweise durch eine innere Leckage des Hydraulikzylinders 10 bedingt sein. Wird der Hydraulikzylinder 10 als leckagefrei angenommen, so sind die beiden Kurven deckungsgleich. Fig. 3 shows the simulated waveforms of the real position x _r of a cylindrical piston 11 (solid line) and the determined position x _c of a cylinder piston 11 (dashed line) during extension. These are shown normalized. The specific course has with the increasing position x _c an increasing deviation from the real position x _r . This deviation may be due to an internal leakage of the hydraulic cylinder 10, for example. If the hydraulic cylinder 10 is assumed to be leak-free, the two curves are congruent.

Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung kann die Position x_c eines Zylinderkolbens 11 in einem Hydraulikzylinder 10 ohne Positionssensor mithilfe des bestimmten Volumens W_12,akt, W_13,akt einer Zylinderkammer 12, 13 beobachtet werden.With the aid of the present invention, the position x _{c of} a cylinder piston 11 in a hydraulic cylinder 10 without a position _sensor can be observed by means of the determined volume W _{12, akt} , W _{13, act of} a cylinder chamber 12, 13.

Generell kann das Verfahren der Positionsbestimmung nicht nur mit Volumina W_12,akt, W_13,akt der Zylinderkammern 12, 13 umgesetzt werden, sondern mit jeglicher physikalischen Größe G_ph,best, die die Position des Zylinderkolbens beinhaltet, wie beispielsweise der hydraulischen Kapazität einer in einer Zylinderkammern 12, 13 eingeschlossenen Ölfeder oder einer ähnlichen Größe G_ph,best.In general, the method of determining the position can be implemented not only with volumes W _{12, akt} , W _{13, act of} the cylinder chambers 12, 13, but with any physical quantity G _{ph, best} , which includes the position of the cylinder piston, such as the hydraulic capacity of a in a cylinder chambers 12, 13 enclosed oil spring or a similar size G _{ph, best} .

Bezugszeichenliste:LIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Fluidtechnische VorrichtungFluidic device

22

Erste DruckleitungFirst pressure line

33

Zweite DruckleitungSecond pressure line

1010

Fluidtechnischer AktuatorFluidic actuator

1111

Bewegliche KomponenteMoving component

1212

Erste ZylinderkammerFirst cylinder chamber

1313

Zweite ZylinderkammerSecond cylinder chamber

1515

Behältercontainer

1616

Erstes TeilvolumenFirst partial volume

1717

Zweites TeilvolumenSecond partial volume

2020

Regelventilcontrol valve

2121

Verschlusselementclosure element

2525

Hydraulikpumpehydraulic pump

3030

Elektronisches SteuerungsmittelElectronic control means

3131

Erstes RechenwerkFirst arithmetic unit

3232

Zweites RechenwerkSecond arithmetic unit

4141

Mittel zur Messung des Drucks des fluidtechnischen Mediums im SystemMeans for measuring the pressure of the fluidic medium in the system

4242

Mittel zur Messung des Drucks des fluidtechnischen Mediums in einer ersten ZylinderkammerMeans for measuring the pressure of the fluidic medium in a first cylinder chamber

4343

Mittel zur Messung des Drucks des fluidtechnischen Mediums in einer zweiten ZylinderkammerMeans for measuring the pressure of the fluidic medium in a second cylinder chamber

4444

Mittel zur Messung der Position des VerschlusselementsMeans for measuring the position of the closure element

4545

Mittel zur Messung der Temperatur eines FluidsMeans for measuring the temperature of a fluid

4646

Mittel zur Messung des Drucks des fluidtechnischen Mediums in der RücklaufleitungMeans for measuring the pressure of the fluidic medium in the return line

100100

Hydraulische VorrichtungHydraulic device

AA

Erster ArbeitsanschlussFirst work connection

BB

Zweiter ArbeitsanschlussSecond work connection

SS

Dritter ArbeitsanschlussThird work connection

TT

Vierter ArbeitsanschlussFourth work connection

G_{ph,best Gph, best}

Physikalische Größe, die Position der beweglichen Komponente beinhaltendPhysical size, including the position of the moving component

G_ph G _ph

Physikalische GrößePhysical size

p_S p _s

Druck des fluidtechnischen Mediums im SystemPressure of the fluidic medium in the system

p₁₂ p ₁₂

Druck des fluidtechnischen Mediums in der ersten ZylinderkammerPressure of the fluidic medium in the first cylinder chamber

p₁₃ p ₁₃

Druck des fluidtechnischen Mediums in der zweiten ZylinderkammerPressure of the fluidic medium in the second cylinder chamber

Pos_norm Pos _norm

Normierte Position der beweglichen KomponenteNormalized position of the moving component

x_r x _r

Reale Position der beweglichen KomponenteReal position of the moving component

x_c x _c

Bestimmte Position der beweglichen KomponenteSpecific position of the movable component

y_VK y _VK

Position des VerschlusselementsPosition of the closure element

W_12,max W _{12, max}

Maximalwert der physikalischen Größe der ersten ZylinderkammerMaximum value of the physical size of the first cylinder chamber

W_13,max W13 _{, max}

Maximalwert der physikalischen Größe der zweiten ZylinderkammerMaximum value of the physical size of the second cylinder chamber

W_12,akt W _{12, act}

Momentanwert der physikalischen Größe der ersten ZylinderkammerInstantaneous value of the physical size of the first cylinder chamber

W_13,akt W _{13, act}

Momentanwert der physikalischen Größe der zweiten ZylinderkammerInstantaneous value of the physical size of the second cylinder chamber

Claims (15)

Verfahren zur Bestimmung eines Füllstands eines Fluides in einem nicht von außen zugänglichen Behältnis (10, 15), wobei das Behältnis (10, 15) über ein Regelventil (20), enthaltend ein Verschlusselement (21), angesteuert wird, mit den Schritten, a) Ermittlung des maximalen Wertes (W_max) einer physikalischen Größe (G_ph,best); b) Bestimmung des momentanen Wertes (W_akt) der physikalischen Größe (G_ph,best); und c) Vergleich des momentanen Wertes (W_akt) mit dem maximalen Wert (W_max) der physikalischen Größe (G_ph,best), und Ableiten einer Aussage über den aktuellen Füllstand des Fluids im Behältnis (10, 15) aus diesem Vergleich. Method for determining a level of a fluid in a non-externally accessible container (10, 15), wherein the container (10, 15) is controlled via a control valve (20) containing a closure element (21), with the steps of a) determination of the maximum value (W _max ) of a physical quantity (G _{ph, best} ); b) determining the instantaneous value (W _act ) of the physical quantity (G _{ph, best} ); and c) Comparison of the instantaneous value (W _act ) with the maximum value (W _max ) of the physical quantity (G _{ph, best} ), and deriving a statement about the current fill level of the fluid in the container (10, 15) from this comparison. Verfahren nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet,
dass der maximale Wert (W_max) der physikalischen Größe (G_ph,best) das maximale Volumen des Behältnisses (10, 15) ist, und der momentane Wert (W_akt) der physikalischen Größe (G_ph,best) das durch das Fluid innerhalb des Behältnisses (10, 15) momentan ausgefüllte Volumen (12, 13) ist.Method according to claim 1
characterized,
that the maximum value (W _max) of the physical magnitude (G _{ph, best)} the maximum volume of the container (10, 15), and the instantaneous value (W _act) of the physical magnitude (G _{ph, best)} obtained by the fluid Within the container (10, 15) currently filled volume (12, 13). Verfahren nach Anspruch 2
dadurch gekennzeichnet,
dass der momentane Wert des Volumens (W_12,akt, W_13,akt) des durch das Fluid innerhalb des Behältnisses (10, 15) momentan ausgefüllte Volumen aus dem Volumenstrom des Fluids zum und/oder vom Behältnis (10, 15) bestimmt wird, wobei der Volumenstrom des Fluids zum und/oder vom Behältnis (10, 15) aus den Größen Druck (p_s) des Fluids im System, dem Druck (p₁₂, p₁₃) des Fluids vor und/oder hinter dem Verschlusselement und dem Druck p_T des Fluids in der Rücklaufleitung, sowie der Position (y_VK) des Verschlusselements (21) bestimmt wird.Method according to claim 2
characterized,
that the instantaneous value of the volume (W _{12, nude,} W _{13, akt)} is determined the by the fluid (10, 15) within the container currently volume filled from the volume flow of the fluid to and / or from the container (10, 15) , wherein the volume flow of the fluid to and / or from the container (10, 15) from the pressure (p _s ) of the fluid in the system, the pressure (p ₁₂ , p ₁₃ ) of the fluid before and / or behind the closure element and the Pressure p _{T of} the fluid in the Return line, as well as the position (y _VK ) of the closure element (21) is determined. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3
dadurch gekennzeichnet,
dass das Behältnis (10, 15) ein fluidtechnischer Aktuator (10) ist, das Fluid ein fluidtechnisches Medium ist und der Füllstand einer aktuellen Position (x_r) der beweglichen Komponente (11) des fluidtechnischen Aktuators (10) entspricht.Method according to one of claims 1-3
characterized,
that the container (10, 15) is a fluid power actuator (10), the fluid is a fluid power medium and the level of a current position (x _r) of the movable component (11) of the fluid power actuator (10). Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der fluidtechnische Aktuator (10) mindestens eine Zylinderkammer (12,13) aufweist und die physikalische Größe (G_ph,best) das Volumen der mindestens einen Zylinderkammer (12,13) ist.Method according to claim 4,
characterized,
that the fluid power actuator (10) has at least one cylinder chamber (12,13) and the physical quantity (G _{ph, best)} the volume of the at least one cylinder chamber (12,13) is. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der momentane Wert des Volumens (W_12,akt, W_13,akt) der mindestens einen Zylinderkammer (12,13) aus dem Volumenstrom des fluidtechnischen Mediums zum fluidtechnischen Aktuator (10) bestimmt wird, wobei der Volumenstrom des fluidtechnischen Mediums zum fluidtechnischen Aktuator (10) aus den Größen Druck des fluidtechnischen Mediums im System (p_s), dem Druck p_T des Fluids in der Rücklaufleitung und Druck des fluidtechnischen Mediums (p₁₂, p₁₃) in der mindestens einen Zylinderkammer (12,13) sowie der Position (y_VK) des Verschlusselements (21) bestimmt wird.Method according to claim 5,
characterized,
in that the instantaneous value of the volume (W _{12, akt} , W _{13, akt} ) of the at least one cylinder chamber (12, 13) is determined from the volume flow of the fluidic medium to the fluidic actuator (10), wherein the volume flow of the fluidic medium to the fluidic actuator (10) from the variables pressure of the fluidic medium in the system (p _s ), the pressure p _{T of} the fluid in the return line and pressure of the fluidic medium (p ₁₂ , p ₁₃ ) in the at least one cylinder chamber (12,13) and the Position (y _VK ) of the closure element (21) is determined. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Bestimmung des momentanen Volumens (W_12,akt, W_12,akt) der mindestens einen Zylinderkammer (12,13) durch Integration des jeweiligen Volumenstroms erfolgt.Method according to claim 6,
characterized,
that the determination of the instantaneous volume (W _{12, nude,} W _{12, act)} of the at least one cylinder chamber (12,13) is effected by integration of the relevant volume flow. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die physikalische Größe (G_ph,best) die hydraulische Kapazität einer in der Zylinderkammer (12,13) eingeschlossenen Ölfeder ist.Method according to claim 4,
characterized,
that the physical size (G _{ph best,)} is the hydraulic capacity of a in the cylinder chamber (12,13) enclosed oil spring. Fluidtechnische Vorrichtung (1), aufweisend ein nicht von außen zugängliches Behältnis(10, 15), wobei der Füllstand des Behältnisses (10, 15) mit einem Fluid über ein Regelventil (20), enthaltend ein Verschlusselement (21), angesteuert wird, weiterhin aufweisend ein elektronisches Steuerungsmittel (30), Mittel (41, 42, 43, 44) zur Messung physikalischer Größen (G_ph) und ein Steuerungsprogramm,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Steuerungsprogramm einen Algorithmus zur Bestimmung des aktuellen Füllstands des Fluids im Behältnis (10, 15) aus einer beobachteten physikalischen Größe (G_ph,best) enthält, wobei die beobachtete physikalische Größe (G_ph,best) in dem Steuerungsprogramm aus den gemessenen physikalischen Größen (G_ph) errechnet wird.Fluid technical device (1), comprising a non-externally accessible container (10, 15), wherein the filling level of the container (10, 15) with a fluid via a control valve (20) containing a closure element (21), is driven on comprising electronic control means (30), means (41, 42, 43, 44) for measuring physical quantities (G _ph ) and a control program,
characterized,
that the control program includes an algorithm for determining the actual level of the fluid in the container (10, 15) from an observed physical quantity (G _{ph, best} ), the observed physical quantity (G _{ph, best} ) in the control program being from the measured physical quantities Sizes (G _ph ) is calculated. Fluidtechnische Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die fluidtechnische Vorrichtung eine hydraulische Vorrichtung ist, das Behältnis (10, 15) ein fluidtechnischer Aktuator (10) mit einer beweglichen Komponente ist, das Fluid ein fluidtechnisches Medium ist und der aktuelle Füllstand des fluidtechnischen Mediums einer aktuellen Position der beweglichen Komponente (11) entspricht.Fluidic device according to claim 9,
characterized,
that the fluid power device is a hydraulic device, the receptacle (10, 15) comprises a fluid power actuator (10) with a movable component, the fluid is a fluid power medium and the current filling level of the fluid power medium of a current position of the movable component (11) equivalent. Fluidtechnische Vorrichtung nach den Ansprüchen 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass der fluidtechnische Aktuator mindestens eine Zylinderkammer (12, 13) aufweist und die beobachtete physikalischen Größe (G_ph,best) das Volumen der mindestens einen Zylinderkammer (12, 13) ist.Fluidic device according to claims 10,
characterized,
that the fluid power actuator comprising at least one cylinder chamber (12, 13) and the observed physical quantity (G _{ph, best)} the volume of the at least one cylinder chamber (12, 13). Fluidtechnische Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Mittel zur Messung (G_ph) physikalischer Größen ein Mittel (41) zur Messung des Drucks des fluidtechnischen Mediums im System (p_s) umfassen.Fluidic device according to claim 10 or 11,
characterized,
that the means for measurement (G _ph) physical variables comprise means (41) for measuring the pressure of the fluid power medium in the system (p _s). Fluidtechnische Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Mittel zur Messung physikalischer Größen (G_ph) ein Mittel (42, 43) zur Messung des Drucks des fluidtechnischen Mediums p₁₂, p₁₃) in der mindestens einen Zylinderkammer (12, 13) umfassen.Fluidic device according to claim 11 or 12,
characterized,
that the means for measurement of physical quantities _12, p ₁₃₎ comprise (G _ph) means (42, 43) for measuring the pressure of the fluid power medium P in the at least one cylinder chamber (12, 13). Fluidtechnische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Mittel zur Messung physikalischer Größen (G_ph) ein Mittel (46) zur Messung des Drucks des fluidtechnischen Mediums (p_T) in der Rücklaufleitung umfassen.Fluid technical device according to one of claims 10 to 13,
characterized,
that the means for measuring physical quantities (G _ph) means (46) for measuring the pressure of the fluid power medium (P _T) include in the return line. Fluidtechnische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Mittel zur Messung physikalischer Größen (G_ph) ein Mittel (44) zur Ermittlung der Position des Verschlusselements (y_VK) umfassen.Fluidic device according to one of claims 9 to 14,
characterized,
in that the means for measuring physical quantities (G _ph ) comprise a means (44) for determining the position of the closure element (y _VK ).

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