Überwachungsverfahren für ein Kolbenspeichersystem

Die Erfindung betrifft ein Kolbenspeichersystem mit einem Speichergehäuse und einem fliegenden Kolben, der einen Gasraum und einen Flüssigkeitsraum in dem Speichergehäuse voneinander trennt. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Überwachen eines Kolbenspeichersystems. Kolbenspeichersysteme werden zum zyklischen Zwischenspeichern und Abgeben mechanischer Energie eingesetzt, insbesondere bei kurzzeitigem Bedarf an hohen mechanischen Leistungen. Zum Speichern der mechanischen Energie wird Flüssigkeit, typischerweise Öl, in den Flüssigkeitsraum gepumpt, sodass Gas, typischerweise Stickstoff, im Gasraum mittels des Kolbens komprimiert wird. Dabei erhöht sich der Druck im Gasraum. Um den geladenen Zustand des Kolbenspeichersystems zu sichern, wird ein Abfließen von Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsraum verhindert, typischerweise durch Schließen eines Ventils. Zum Entladen des Kolbenspeichersystems wird ein Abfließen von Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsraum ermöglicht, typischerweise durch Öffnen des Ventils, sodass der Gasdruck über den Kolben Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsraum treibt.

Aus EP 2 647 849 A2 ist eine Vorrichtung zur Bestimmung der Position eines beweglichen Kolbens, der innerhalb eines Kolbenspeichers als Abtrennung zwischen einem Gasraum und einem Fluidraum angeordnet ist, bekannt. Die Bestimmungsvorrichtung umfasst zumindest einen Drucksensor zur Erfassung von Druckdaten, zumindest einen Ultraschallsensor zur Erfassung von Ultraschalldaten und zumindest eine Rechnereinheit zum Auswerten der Daten. Mit der Rechnereinheit ist die Position des Kolbens bestimmbar. Die Sensoren und die Rechnereinheit sind an einem Gehäuse bzw. außerhalb des Gehäuses des Kolbenspeichers angeordnet. In den Kolben kann eine thermische Kapazität eingebracht sein, um beim Laden des Kolbenspeichers das Gas zu kühlen, sodass mehr Energie aufgenommen werden kann.

DE 10 2005 015 948 Al beschreibt eine fluidische Komponente mit wenigstens einer Sensoreinrichtung und mit einer drahtlosen Datenübertragungseinrichtung zur Übertragung von Sensor- und/oder Steuersignalen zwischen der fluidischen Komponente und einer externen Steuereinrichtung. Dabei ist wenigstens eine Solarzellenanordnung oder ein thermoelektrischer Wandler oder ein die Bewegungsenergie eines sich bewegenden Teils der fluidischen Komponente in elektrische Energie umsetzender Wandler als Energieversorgungseinrichtung zur Bereitstellung der Betriebsspannung für die Datenübertragungseinrichtung mit dieser elektrisch verbunden. Beispielsweise kann ein an einem Kolben angeordneter Permanentmagnet beim Passieren wenigstens einer entlang der Bewegungsbahn angeordneten Spule oder eines sonstigen magnetempfindlichen Elements in dieser Spule oder in diesem magnetempfindlichen Element Energie erzeugen, die als Versorgungsenergie eingesetzt werden kann. Es können elektrische Zwischenspeicher zum Zwischenspeichern elektrischer Energie vorgesehen sein.

Aus DE 199 42 509 Al sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Versorgung von elektrischen Verbrauchern in oder an einer pneumatischen Vorrichtung mit elektrischer Versorgungsenergie bekannt. Die pneumatische Vorrichtung ist über eine pneumatische Leitung an eine Druckquelle angeschlossen. Die Energieübertragung zur pneumatischen Vorrichtung erfolgt über die pneumatische Leitung mittels Schallwellen, Mikrowellen, Druckänderungen oder einer Gasströmung in der pneumatischen Leitung. Eine Umwandlung dieser übertragenen Energie in die elektrische Versorgungsenergie erfolgt in oder an der pneumatischen Vorrichtung.

DE 10 2004 055 054 Al offenbart ein Verfahren und eine hydraulische Schaltung zur Versorgung von elektrischen Verbrauchern, insbesondere elektrischen Stellantrieben, einer hydraulischen Schaltung mit elektrischer Energie, wobei die zur Betätigung und Ansteuerung der elektrischen Verbraucher erforderliche elektrische Energie durch zumindest teilweise Umwandlung der hydraulischen Energie, des von einer Hydropumpe geförderten Druckmittels, erzeugt wird.

In vielen Fällen ist die Funktionstüchtigkeit eines Kolbenspeichersystems für die Sicherheit einer Anlage mit dem Kolbenspeichersystem von entscheidender Bedeutung. So werden Kolbenspeichersysteme beispielsweise eingesetzt, um Flügel von Windkraftanlagen bei drohender Überlastung, etwa durch Sturmböen, aus dem Wind zu drehen. Ein gefährlicher Versagensmechanismus bei Kolbenspeichersystemen ist eine Leckage am Kolben vorbei, wobei Gas aus dem Gasraum in den Flüssigkeitsraum gelangen kann oder umgekehrt Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsraum in den Gasraum gelangen kann. Aufgabe der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Betriebssicherheit von Kolbenspeichersystemen zu verbessern.

Beschreibung der Erfindung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Kolbenspeichersystem gemäß Anspruch 1, ein Überwachungsmodul gemäß Anspruch 15 sowie ein Überwachungsverfahren gemäß Anspruch 25. Die jeweiligen Unteransprüche und die Beschreibung geben vorteilhafte Ausführungsformen bzw. Varianten an.

Erfindungsgemäßes Kolbenspeichersystem

Erfindungsgemäß ist ein Kolbenspeichersystem vorgesehen. Das Kolbenspeichersystem weist ein Speichergehäuse auf. Das Kolbenspeichersystem weist ferner einen fliegenden Kolben auf. Der fliegende Kolben trennt einen Gasraum und einen Flüssigkeitsraum in dem Speichergehäuse voneinander. Der fliegende Kolben weist keine mechanische Verbindung aus dem Speichergehäuse heraus auf. Insbesondere ist keine aus dem Speichergehäuse herausführende Kolbenstange vorhanden. Der Gasraum ist typischerweise mit Stickstoff gefüllt. Der Flüssigkeitsraum ist typischerweise mit Öl gefüllt. Das Kolbenspeichersystem kann eine Pumpe aufweisen, um Flüssigkeit in den Flüssigkeitsraum zu pumpen.

Erfindungsgemäß ist ein Überwachungsmodul an dem Kolben angeordnet. Das Überwachungsmodul weist Folgendes auf:

- eine mittels des Kolbens antreibbare Energiegewinnungseinheit zum Erzeugen elektrischer Energie,

- eine Energiespeichereinheit zum Speichern der elektrischen Energie,

- eine Sensoranordnung zum Ermitteln von Betriebsdaten des Kolbenspeichersystems und

- eine Funkeinheit zum Übermitteln der Betriebsdaten. Das Überwachungsmodul ist vorzugsweise ein unten beschriebenes, erfindungsgemäßes Überwachungsmodul. Das Kolbenspeichersystem kann vorteilhaft mit einem unten beschriebenen, erfindungsgemäßen Überwachungsverfahren überwacht werden.

Die Energiegewinnungseinheit kann für das Überwachungsmodul nutzbare elektrische Energie aus mechanischer, insbesondere kinetischer, und/oder thermischer Energie des Kolbens gewinnen (erzeugen). Die mechanische Energie kann insbesondere kinetische Energie einer Starrkörperbewegung des Kolbens sein. Zur Erzeugung der elektrischen Energie kann die Energiegewinnungseinheit einen gegenüber einer Spule bewegbaren Magneten und/oder ein auf einem Piezoelement abgestütztes Massestück aufweisen. Eine Änderung der Beschleunigung des Kolbens führt zu einer zur Gewinnung elektrischer Energie nutzbaren Auslenkung des Magneten bzw. Massestücks. Zur Umwandlung thermischer Energie in elektrische Energie kann die Energiegewinnungseinheit einen thermoelektrischen und/oder pyroelektrischen Generator, insbesondere ein Peltierelement, aufweisen. An dem Kolben kann ein hierfür nutzbarer Temperaturgradient anliegen, da sich das Gas in dem Gasraum beim Aufladen bzw. Entladen des Kolbenspeichersystems erwärmt bzw. abkühlt.

Die Energiegewinnungseinheit kann alternativ oder zusätzlich zur Energiegewinnung mittels des Antriebs durch den Kolben eine Fotodiode zum Umwandeln von elektro-magnetischen Wellen, insbesondere von Licht, in elektrische Energie aufweisen. Zur Bereitstellung der elektro-magnetischen Wellen kann eine Lichtquelle an dem Speichergehäuse vorgesehen sein, insbesondere dem Kolben zugewandt an einer Stirnseite des Gasraums.

Die gewonnene elektrische Energie kann in der Energiespeichereinheit vorgehalten werden, bis sie zum Betreiben der Sensoranordnung und/oder der Funkeinheit benötigt wird. Der Betrieb der Sensoranordnung und der Funkeinheit kann daher unabhängig von der aktuellen Erzeugung elektrischer Energie durch die Energiegewinnungseinheit erfolgen. Die Energiegewinnungseinheit, die Sensoranordnung und die Funkeinheit sind grundsätzlich mit der Energiespeichereinheit elektrisch verbunden. Die vorgenannten Komponenten können dadurch von der Energiespeichereinheit mit elektrischer Energie versorgt werden.

Die Sensoranordnung weist wenigstens einen Sensor auf. Die Betriebsdaten können die Messwerte des Sensors bzw. der Sensoren umfassen. Alternativ oder zusätzlich können die Betriebsdaten aus den Messwerten abgeleitet sein. Die Sensoranordnung kann eine Auswerteeinheit zum Verarbeiten von Messwerten der Sensoranordnung aufweisen.

Der Kolben weist typischerweise eine Dichtungsanordnung auf. Die ermittelten Betriebsdaten können insbesondere zur Überwachung der Dichtungsanordnung, vorzugsweise im Rahmen eines unten beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahrens, dienen. Die Dichtungsanordnung kann eine oder mehrere Dichtungseinrichtungen mit jeweils einem oder mehreren Dichtelementen mit jeweils einem oder mehreren dynamischen und/oder statischen Dichtabschnitten aufweisen.

Die Funkeinheit ist grundsätzlich für ein drahtloses Übermitteln der Betriebsdaten eingerichtet. Die Funkeinheit kann hierzu einen Funksender aufweisen. Vorzugsweise ist die Funkeinheit auch zum Empfangen von Funksignalen, beispielsweise enthaltend Steuerungsinformationen für das Überwachungsmodul, eingerichtet. Die Funkeinheit kann dann einen kombinierten Funksender- /empfänger aufweisen. Die Funkeinheit kann insbesondere einen Radiofrequenzfunksender bzw. Radiofrequenzfunksender/-empfänger oder einen Lichtwellenfunksender bzw. Lichtwellenfunksender/-empfänger aufweisen. Die Funkeinheit kann ein Bluetooth-Modul aufweisen. Die Funkeinheit kann einen Mikrocontroller umfassen.

Das erfindungsgemäße Kolbenspeichersystem erlaubt eine autarke Überwachung seines Betriebszustandes durch Erfassung und Übermittlung von Betriebsdaten. Eine externe Energiequelle bzw. eine Energieversorgung von außen ist hierzu nicht erforderlich. Durch die fortlaufende bzw. wiederholte Energieerzeugung am Kolben steht auch nach sehr langen Betriebszeiten die zur Überwachung erforderliche Energie zur Verfügung. Die Betriebsdaten können unmittelbar am (von außen nicht zugänglichen) Kolben erfasst werden und insbesondere den Kolben selbst betreffen. Unerwünschte, insbesondere gefährliche, Betriebszustände können bei dem erfindungsgemäßen Kolbenspeichersystem erkannt werden, so dass ggf. rechtzeitig geeignete Gegenmaßnahmen eingeleitet werden können.

Die Sensoranordnung kann

- einen Gasdrucksensor zur Messung eines Gasdrucks im Gasraum und/oder

- einen Flüssigkeitsdrucksensor zur Messung eines Flüssigkeitsdrucks im Flüssigkeitsraum und/oder

- einen Temperatursensor, insbesondere zur Messung einer Temperatur im Gasraum und/oder

- einen Beschleunigungssensor und/oder

- einen Distanzsensor, insbesondere zur Messung eines Abstands des Kolbens von einer Wandung, vorzugsweise einer den Gasraum begrenzenden Stirnseite, des Speichergehäuses und/oder

- einen Impedanzsensor zur Messung einer Impedanz in dem Gasraum aufweisen. Es kann ein weiterer Temperatursensor zur Messung einer Temperatur im Flüssigkeitsraum vorgesehen sein. Der Distanzsensor ist vorzugsweise ein Infrarot-Distanzsensor. Mittels der vorgenannten Sensoren können Betriebsdaten des Kolbenspeichersystems ermittelt werden. Aus der Kombination verschiedener Messwerte der Sensoren bzw. aus der Veränderung der Messwerte kann auf einen Betriebszustand des Kolbenspeichersystems geschlossen werden.

Vorteilhafterweise weist der Kolben eine Dichtungseinrichtung mit einem ersten und einem zweiten dynamischen Dichtabschnitt auf. Die beiden dynamischen Dichtabschnitte dichten den Kolben gegen das Speichergehäuse ab. Bei einer Bewegung des Kolbens gleiten die dynamischen Dichtabschnitte am Speichergehäuse entlang. Durch zwei dynamische Dichtabschnitte kann eine besonders wirksame Trennung des Flüssigkeitsraums vom Gasraum erreicht werden. Insbesondere kann einer der Dichtabschnitte vorrangig den Gasraum abdichten und der andere Dichtabschnitt vorrangig den Flüssigkeitsraum. Die beiden dynamischen Dichtabschnitte können an einem gemeinsamen Dichtelement ausgebildet sein. Dies kann die Fertigung, insbesondere die Montage am Kolben, vereinfachen.

Das Sensorsystem kann einen Innerdichtungsdrucksensor zur Messung eines Innerdichtungsdrucks zwischen dem ersten und dem zweiten dynamischen Dichtabschnitt aufweisen. Die Messung des Innerdichtungsdrucks eröffnet erweiterte Diagnosemöglichkeiten, insbesondere im Hinblick auf eine Leckage an dem einen oder dem anderen dynamischen Dichtabschnitt.

Die Dichtungseinrichtung kann ein erstes Dichtelement mit einer Haltenut aufweisen, in der ein zweites Dichtelement angeordnet ist. Je einer der beiden dynamischen Dichtabschnitte kann an dem ersten bzw. dem zweiten Dichtelement ausgebildet sein. Alternativ können die beiden dynamischen Dichtabschnitte an dem ersten Dichtelement ausgebildet sein. Das erste Dichtelement kann seinerseits in einer Aufnahmenut des Kolbens angeordnet sein. Das erste Dichtelement kann aus einem zähelastischen bzw. elastisch-plastischen Material, insbesondere einem Thermoplasten, beispielsweise PTFE, bestehen. Das zweite Dichtelement kann aus einem gummielastischen bzw. hyperelastischen Material, insbesondere einem Elastomer, bestehen.

Wenigstens ein Druckkanal kann sich durch das erste Dichtelement hindurch erstrecken. Der Druckkanal dient der Übertragung des Innerdichtungsdrucks zu dem Innerdichtungsdrucksensor. Vorzugsweise sind mehrere Druckkanäle ausgebildet und insbesondere gleichmäßig über den Umfang des ersten Dichtelements verteilt angeordnet.

Bei einer ersten Weiterbildung kann der Druckkanal sich von der Haltenut, insbesondere einem Nutgrund der Haltenut, ausgehend durch das erste Dichtelement hindurch erstrecken. Bei dieser Ausführungsform sind die beiden dynamischen Dichtabschnitte typischerweise an dem ersten Dichtelement ausgebildet. Das zweite Dichtelement kann einen oder zwei weitere dynamische Dichtabschnitte zur Abdichtung an dem Speichergehäuse aufweisen. Das zweite Dichtelement kann zwei statische Dichtabschnitte zur Abdichtung an dem ersten Dichtelement aufweisen. Das zweite Dichtelement kann einen V-förmigen Querschnitt aufweisen. An den Schenkeln des V-förmigen Querschnitts sind dann die beiden statischen Dichtabschnitte und an der Spitze der weitere dynamische Dichtabschnitt ausgebildet. Alternativ kann das zweite Dichtelement einen X- förmigen Querschnitt (mit zwei weiteren dynamischen und zwei statischen Dichtabschnitten) aufweisen. Der Druckkanal kann zwischen den beiden statischen Dichtabschnitten des zweiten Dichtelements in der Haltenut münden. Der Innerdichtungsdrucksensor ermöglicht dann die Diagnose einer Verdrillung des zweiten Dichtelements

Bei einer alternativen Weiterbildung kann die Dichtungseinrichtung zwei Haltenuten aufweisen, in denen jeweils ein zweites Dichtelement angeordnet ist. An den beiden zweiten Dichtelementen kann jeweils einer der beiden dynamischen Dichtabschnitte ausgebildet sein. Wenn die beiden dynamischen Dichtabschnitte an dem ersten Dichtelement ausgebildet sind, kann an den beiden zweiten Dichtelementen jeweils ein weiterer dynamischer Dichtabschnitt ausgebildet sein. Der Druckkanal kann sich zwischen den beiden Haltenuten erstrecken. Dies ermöglicht eine Überwachung der beiden zweiten Dichtelemente.

Das erste Dichtelement kann einen Fortsatz aufweisen, durch welchen der Druckkanal verläuft. Dass erste Dichtelement kann beidseits des Fortsatzes über jeweils ein Vorspannelement der Dichtungseinrichtung vorgespannt sein. Die Vorspannung des ersten Dichtelements gegen das Speichergehäuse mittels der Vorspannelemente erlaubt die Verwendung von Materialien für das erste Dichtelement, welche selbst über keine ausreichende Elastizität verfügen, jedoch im Hinblick auf ihre Dichteigenschaften Vorteile besitzen, wie beispielsweise zähelastische Materialien. Durch den Fortsatz können die Vorspannelemente voneinander beabstandet sein. Die Vorspannelemente können das erste Dichtelement gegenüber dem Kolben statisch abdichten. Die Vorspannelemente können als O-Ringe, vorzugsweise aus gummielastischem Material, ausgebildet sein. In der Aufnahmenut des Kolbens kann eine Rücknehmung für einen Eingriff des Fortsatzes ausgebildet sein. Das Kolbenspeichersystem kann eine einstufige Dichtungsanordnung an dem Kolben aufweisen, insbesondere mit einer zuvor beschriebenen Dichtungseinrichtung mit einem ersten und einem zweiten dynamischen Dichtabschnitt.

Alternativ kann der Kolben eine zweistufige Dichtungsanordnung mit einer flüssigkeitsseitigen Dichtungseinrichtung und einer gasseitigen Dichtungseinrichtung aufweisen. Dies erlaubt eine spezifische Gestaltung bzw. Auslegung der jeweils gasseitig bzw. flüssigkeitsseitig angeordneten Dichtungseinrichtung. Die gasseitige und/oder die flüssigkeitsseitige Dichtungseinrichtung können je eine zuvor beschriebene Dichtungseinrichtung mit zwei dynamischen Dichtabschnitten sein.

Das Sensorsystem kann einen Zwischendichtungsdrucksensor zur Messung eines Zwischendichtungsdrucks zwischen der flüssigkeitsseitigen und der gasseitigen Dichtungseinrichtung aufweisen. Die Messung des Zwischendichtungsdrucks eröffnet erweiterte Diagnosemöglichkeiten, insbesondere im Hinblick auf eine Leckage an der flüssigkeitsseitigen und/oder der gasseitigen Dichtungseinrichtung.

An dem Speichergehäuse, insbesondere an einer den Gasraum begrenzenden Stirnseite des Speichergehäuses, kann eine weitere Funkeinheit angeordnet sein. Die weitere Funkeinheit kann von der Funkeinheit des Überwachungsmoduls übermittelte Betriebsdaten empfangen und vorzugsweise zur Weiterverarbeitung weiterleiten und/oder Zwischenspeichern. Durch das Gas im Gasraum werden Funksignale nur wenig gedämpft, sodass die Funkeinheit des Überwachungsmoduls mit einer besonders geringen Leistung betrieben werden kann. Die weitere Funkeinheit am Speichergehäuse weist einen Funkempfänger, vorzugsweise einen kombinierten Funkempfänger/-sender, auf. In letzterem Fall kann die weitere Funkeinheit am Speichergehäuse Steuerungsinformationen für das Überwachungsmodul an die zum Empfangen von Funksignalen eingerichtete Funkeinheit des Überwachungsmoduls übermitteln. Es kann vorgesehen sein, dass der Kolben eine gasraumseitige Mulde aufweist, und dass zumindest die Energiegewinnungseinheit, die Energiespeichereinheit und die Funkeinheit des Überwachungsmoduls in der Mulde angeordnet sind. Vorzugsweise sind auch einige oder alle Sensoren der Sensoranordnung in der Mulde angeordnet. In der Mulde angeordnet bedeutet, dass die genannten Komponenten zumindest in die Mulde hineinreichen und vorzugsweise nicht aus der Mulde herausragen. Diese Anordnung erlaubt eine stabile und geschützte Befestigung der vorgenannten Komponenten.

Die Energiespeichereinheit kann einen Akkumulator und/oder einen Kondensator aufweisen. Ein Akkumulator erlaubt das Speichern größerer Mengen elektrischer Energie. Ein Kondensator kann besonders schnell geladen bzw. entladen werden.

Die Energiegewinnungseinheit kann einen Energiewandler zum Umwandeln von in einem thermischen und/oder mechanischen Energiespeicher gespeicherter thermischer bzw. mechanischer Energie in elektrische Energie aufweisen. Der Energiegehalt des thermischen bzw. mechanischen Energiespeichers kann mittels des Kolbens erhöht werden. Der mechanische Energiespeicher kann beispielsweise ein Schwungrad sein.

Dass Kolbenspeichersystem kann einen Aktor zur Beeinflussung des Kolbens aufweisen. Der Aktor ist grundsätzlich am Kolben selbst angeordnet und kann Teil des Überwachungsmoduls sein. Der Aktor kann ein aktiv steuerbares Ventil sein. Der Aktor kann ein elektrisch beeinflussbares Material, beispielsweise ein piezoelektrisches Material, aufweisen. Der Aktor kann einen Bypass zur Umgehung eines Dichtabschnitts, eines Dichtelements oder einer Dichtungseinrichtung einer Dichtungsanordnung des Kolbens eröffnen bzw. verschließen. Dadurch kann die Schmierung der Dichtungsanordnung beeinflusst, insbesondere erhöht, werden. Der Aktor ist grundsätzlich elektrisch mit der Energiespeichereinheit des Überwachungsmoduls verbunden. Der Aktor kann daher von der Energiespeichereinheit mit elektrischer Energie versorgt werden. Das Überwachungsmodul kann weiterhin einen Spannungswandler, vorzugsweise einen Gleichspannungswandler, aufweisen, der dazu eingerichtet ist, eine Ausgangsspannung der Energiegewinnungseinheit auf eine maximale Eingangsspannung der Energiespeichereinheit zu erhöhen. Durch Erhöhen der der Energiespeichereinheit zur Verfügung gestellten Spannung kann eine größere Menge elektrische Energie gespeichert werden. Ferner kann die Energiespeichereinheit bei größeren Spannungen größere elektrische Leistungen abgeben.

Das Überwachungsmodul kann lösbar an dem Kolben befestigt sein. Das Überwachungsmodul kann dann einfach vom Kolben entfernt werden, wenn das Überwachungsmodul oder der Kolben ausgetauscht werden sollen. Vorzugsweise ist das Überwachungsmodul magnetisch an dem Kolben gehalten. Das Befestigen bzw. Entfernen des Überwachungsmoduls kann dann besonders schnell und einfach erfolgen, insbesondere ohne Werkzeug.

Einer Kolbenanordnung, insbesondere für ein oben beschriebenes, erfindungsgemäßes Kolbenspeichersystem, aufweisend

- einen Kolben mit einer Aufnahmenut,

- ein in der Aufnahmenut angeordnetes erstes Dichtelement mit zwei dynamischen Dichtabschnitten und mit wenigstens einer Haltenut, wobei sich ein Druckkanal durch das Halteelement hindurch erstreckt,

- zwei Vorspannelemente, die beidseits eines Fortsatzes des ersten Dichtelements, durch welchen der Druckkanal verläuft, das erste Dichtelement Vorspannen, und

- wenigstens ein zweites Dichtelement, das in der Aufnahmenut angeordnet ist, wird ein eigener erfinderischer Gehalt zugeschrieben. In die Aufnahmenut kann ein Anschlusskanal für einen (Innerdichtungs-) Drucksensor münden.

Ebenfalls als erfinderisch wird eine Dichtungseinrichtung, insbesondere für eine solche Kolbenanordnung, angesehen, die Folgendes aufweist: - ein erstes Dichtelement mit einer Haltenut, wobei sich ein Druckkanal von der Haltenut, insbesondere einem Nutgrund der Haltenut, ausgehend durch das erste Dichtelement hindurch erstreckt,

- zwei Vorspannelemente, die beidseits eines Fortsatzes des ersten Dichtelements, durch welchen der Druckkanal verläuft, angeordnet sind,

- ein zweites Dichtelement mit einem ersten und einem zweiten statischen Dichtabschnitt, das in der Aufnahmenut angeordnet ist, wobei der Druckkanal zwischen dem ersten und dem zweiten statischen Dichtabschnitt mündet.

Erfindungsgemäßes Uberwachungsmodul

In den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt ferner ein Überwachungsmodul zum Anordnen an einem Kolben eines Kolbenspeichersystems, insbesondere eines oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Kolbenspeichersystems. Das Überwachungsmodul weist Folgendes auf:

- eine mittels des Kolbens antreibbare Energiegewinnungseinheit mit einem, vorzugsweise ringförmigen, Gehäuseteil und einem relativ zu dem Gehäuseteil entlang einer Längsachse beweglichen Bewegungsteil, wobei die Energiegewinnungseinheit dazu eingerichtet ist, aus einer Bewegung des Bewegungsteils relativ zu dem Gehäuseteil elektrische Energie zu erzeugen,

- eine Energiespeichereinheit zum Speichern der elektrischen Energie,

- eine Sensoranordnung zum Ermitteln von Betriebsdaten des Kolbenspeichersystems und

- eine Funkeinheit, insbesondere mit einem Bluetooth-Modul, zum Übermitteln der Betriebsdaten.

Das erfindungsgemäße Überwachungsmodul kann weitere Merkmale des Überwachungsmoduls des erfindungsgemäßen Kolbenspeichersystems aufweisen.

Die Energiegewinnungseinheit kann für das Überwachungsmodul nutzbare elektrische Energie aus mechanischer Energie des Kolbens gewinnen (erzeugen). Hierzu wird eine Relativbewegung von Bewegungsteil und Gehäuseteil ausgenutzt. Das Gehäuseteil ist typischerweise an dem Kolben befestigbar. Das Bewegungsteil kann in dem Gehäuseteil aufgenommen sein. Eine Relativbewegung von Gehäuseteil und Bewegungsteil kann stattfinden, wenn sich die Beschleunigung des Kolbens, und mithin des typischerweise an dem Kolben befestigten Gehäuseteils, ändert. Typischerweise ist auch der Kolben entlang der Längsachse in einem Speichergehäuse des Kolbenspeichersystems beweglich. Zur Erzeugung der elektrischen Energie kann die Energiegewinnungseinheit ein auf einem Piezoelement abgestütztes Massestück aufweisen. Eine Änderung der Beschleunigung des Kolbens und mithin des Überwachungsmoduls führt zu einer zur Gewinnung elektrischer Energie nutzbaren Auslenkung des Massestücks. Durch die Auslenkung des Massestücks kann das Piezoelement deformiert werden, sodass es elektrische Energie erzeugt.

Die gewonnene elektrische Energie kann in der Energiespeichereinheit vorgehalten werden, bis sie zum Betreiben der Sensoranordnung und/oder der Funkeinheit benötigt wird. Der Betrieb der Sensoranordnung und der Funkeinheit kann daher unabhängig von der aktuellen Erzeugung elektrischer Energie durch die Energiegewinnungseinheit erfolgen. Die Energiegewinnungseinheit, die Sensoranordnung und die Funkeinheit sind grundsätzlich mit der Energiespeichereinheit elektrisch verbunden. Die vorgenannten Komponenten können dadurch von der Energiespeichereinheit mit elektrischer Energie versorgt werden.

Die Sensoranordnung weist wenigstens einen Sensor auf. Die Betriebsdaten können die Messwerte des Sensors bzw. der Sensoren umfassen. Alternativ oder zusätzlich können die Betriebsdaten aus den Messwerten abgeleitet sein. Die Sensoranordnung kann eine Auswerteeinheit zum Verarbeiten von Messwerten der Sensoranordnung aufweisen. Die ermittelten Betriebsdaten können insbesondere zur Überwachung der Dichtungsanordnung, vorzugsweise im Rahmen eines unten beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahrens, dienen.

Die Funkeinheit ist grundsätzlich für ein drahtloses Übermitteln der Betriebsdaten eingerichtet. Die Funkeinheit kann hierzu einen Funksender aufweisen. Vorzugsweise ist die Funkeinheit auch zum Empfangen von Funksignalen, beispielsweise enthaltend Steuerungsinformationen für das Überwachungsmodul, eingerichtet. Die Funkeinheit kann dann einen kombinierten Funksender- /empfänger aufweisen. Die Funkeinheit kann insbesondere einen Radiofrequenzfunksender bzw. Radiofrequenzfunksender/-empfänger oder einen Lichtwellenfunksender bzw. Lichtwellenfunksender/-empfänger aufweisen. Die Funkeinheit kann ein Bluetooth-Modul aufweisen. Die Funkeinheit kann einen Mikrocontroller umfassen.

Das erfindungsgemäße Überwachungsmodul erlaubt eine autarke Überwachung des Betriebszustandes eines Kolbenspeichersystems durch Erfassung und Übermittlung von Betriebsdaten. Eine externe Energiequelle bzw. eine Energieversorgung von außen ist hierzu nicht erforderlich. Durch die fortlaufende bzw. wiederholte Energieerzeugung im Überwachungsmodul selbst steht auch nach sehr langen Betriebszeiten die zur Überwachung erforderliche Energie zur Verfügung. Die Betriebsdaten können unmittelbar am Überwachungsmodul erfasst werden und insbesondere den Kolben betreffen. Unerwünschte, insbesondere gefährliche, Betriebszustände eines Kolbenspeichersystems können mit dem erfindungsgemäßen Überwachungsmodul erkannt werden, so dass ggf. rechtzeitig geeignete Gegenmaßnahmen eingeleitet werden können.

Die Energiegewinnungseinheit kann wenigstens einen an dem Bewegungsteil angeordneten Magneten und wenigstens eine an dem Gehäuseteil angeordnete Spule aufweisen, vorzugsweise mehrere symmetrisch zu der Längsachse angeordnete Magnete und/oder Spulen aufweisen. Durch Induktion aufgrund einer Relativbewegung von Magnet(en) und Spule(n) kann einfach und zuverlässig verhältnismäßig viel elektrische Energie gewonnen werden. Der wenigstens eine Magnet ist vorzugsweise an einer bezüglich der Längsachse radial außen liegenden Felge des Bewegungsteils angeordnet. Der wenigstens eine Magnet kann ein (einziger) Ringmagnet sein. Wenn mehrere Magnete vorhanden sind, kann für jeden Magneten eine eigene Spule vorgesehen sein.

Vorzugsweise ist das Bewegungsteil aus einer Neutralstellung heraus in beide Richtungen entlang der Längsachse gegen die Wirkung einer Federeinrichtung relativ zum dem Gehäuseteil bewegbar. Dadurch kann unabhängig von der Richtung einer Bewegungsänderung elektrische Energie erzeugt werden. Eine Resonanzfrequenz des Bewegungsteils entspricht vorzugsweise einer Taktfrequenz einer Pumpe zum Aufladen eines Kolbenspeichersystems mit dem Überwachungsmodul. Dies erlaubt die Erzeugung von besonders viel elektrischer Energie.

Es kann vorgesehen sein, dass an dem Gehäuseteil wenigstens ein erster Stützmagnet und wenigstens ein zweiter Stützmagnet der Federeinrichtung angeordnet sind, zwischen denen der wenigstens eine Magnet der Energiegewinnungseinheit angeordnet ist. Der wenigstens eine Magnet dient damit einerseits zur induktiven Energiegewinnung und andererseits gleichzeitig zur federnden Lagerung des Bewegungsteils durch magnetische Levitation. Die Stützmagnete sind vorzugsweise so ausgerichtet, dass sie den Magneten der Energieerzeugungseinheit jeweils von sich abstoßen. Der Stützmagnet bzw. die Stützmagnete können auch zum Halten des Überwachungsmoduls an dem Kolben dienen.

Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Federeinrichtung wenigstens ein Federelement, vorzugsweise zwei gegeneinander wirkende Federelemente aufweist. Die Verwendung von (linearen) Federelementen erlaubt es eine von der Bewegungsamplitude des Bewegungsteils unabhängige Resonanzfrequenz einzurichten. Das Federelement bzw. die Federelemente können Schraubenfedern sein. Das Federelement bzw. die Federelemente können sich einerseits an dem Bewegungsteil und andererseits an dem Gehäuseteil abstützen. Das Federelement bzw. die Federelemente können eine Führungsstange des Gehäuseteils umgreifen, an der das Bewegungsteil verschieblich geführt ist.

Das Bewegungsteil kann Fortsätze aufweisen, die in Nuten des Gehäuseteils geführt sind. Die Fortsätze können eine Rotation des Bewegungsteils um eine Bewegungsachse verhindern. Die Fortsätze können an einer Felge des Bewegungsteils angeordnet sein. Das Gehäuseteil kann eine Führungsstange aufweisen, an der das Bewegungsteil mit einem Hülsenabschnitt geführt ist. Die Führungsstange kann eine Bewegungsrichtung des Bewegungsteils gegenüber dem Gehäuseteil definieren. Vorzugsweise ist die Führungsstange an einem Gehäusedeckel des Gehäuseteils angeordnet.

Der Hülsenabschnitt ist vorzugsweise über Speichen mit einer Felge des Bewegungsteils verbunden. An der Felge können Fortsätze zur Führung in Nuten des Gehäuseteils ausgebildet sein. Zwischen den Speichen können Komponenten der Energiegewinnungseinheit, beispielsweise Akkumulatoren, und/oder oder des Sensorsystems platzsparend angeordnet sein.

Es kann vorgesehen sein, dass ein Gehäusedeckel des Gehäuseteils aufgedruckte Leiterbahnen aufweist, und dass wenigstens ein Sensor der Sensoranordnung an dem Gehäusedeckel angeordnet ist, vorzugsweise alle Sensoren der Sensoranordnung an dem Gehäusedeckel angeordnet sind. Vorzugsweise ist auch die Energiespeichereinheit an dem Gehäusedeckel angeordnet. Dies ermöglicht eine besonders kompakte und integrierte Gestaltung des Überwachungsmoduls.

Vorzugsweise sind das Gehäuseteil und das Bewegungsteil drehsymmetrisch bezüglich der Längsachse ausgebildet. Dies kann die Montage des Überwachungsmoduls vereinfachen. Ferner kann eine Drehsymmetrie einem Verkippen des Bewegungsteils gegenüber dem Gehäuseteil bei axialer Relativbewegung entgegenwirken. Die Drehsymmetrie kann bezüglich Drehungen um 90° oder 120° bzw. Vielfache davon eingerichtet sein. Erfindungsgemäßes Uberwachungsverfahren

In den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt weiterhin ein Verfahren zum Überwachen eines Kolbenspeichersystems mit einem Speichergehäuse und einem fliegenden Kolben, der einen Gasraum und einen Flüssigkeitsraum in dem Speichergehäuse voneinander trennt. Der fliegende Kolben weist keine mechanische Verbindung aus dem Speichergehäuse heraus auf. Insbesondere ist keine aus dem Speichergehäuse herausführende Kolbenstange vorhanden. Das Kolbenspeichersystem ist vorzugsweise ein erfindungsgemäßes Kolbenspeichersystem, besonders bevorzugt mit einem erfindungsgemäßen Überwachungsmodul.

Das Verfahren umfasst die Schritte: a) Antreiben einer Energiegewinnungseinheit mittels des Kolbens und Erzeugen elektrischer Energie, b) Betreiben einer an dem Kolben angeordneten Sensoranordnung mit der elektrischen Energie und Ermitteln von Betriebsdaten des Kolbenspeichersystems mittels der Sensoranordnung, c) Drahtloses Übermitteln der Betriebsdaten.

Die Energiegewinnungseinheit ist grundsätzlich an dem Kolben angeordnet. Die Sensoranordnung weist wenigstens einen Sensor auf. Die Betriebsdaten können die Messwerte des Sensors bzw. der Sensoren umfassen. Alternativ oder zusätzlich können die Betriebsdaten aus den Messwerten abgeleitet sein. Die Sensoranordnung kann eine Auswerteeinheit zum Verarbeiten von Messwerten der Sensoranordnung aufweisen. Die übermittelten Betriebsdaten werden typischerweise außerhalb des Speichergehäuses weiterverarbeitet.

Dieses Verfahren erlaubt die Überwachung eines Kolbenspeichersystems, insbesondere von dessen Kolben, vorzugsweise im Hinblick auf eine Dichtungsanordnung des Kolbens, ohne Energiezufuhr von außen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Betriebsdaten an dem fliegenden Kolben erfasst und übermittelt werden, die bisher nicht zugänglich waren. Insbesondere können die erfassten und übermittelten Betriebsdaten Rückschlüsse auf eine allfällige Leckage der Dichtungsanordnung an dem Kolben erlauben. Unerwünschte, insbesondere gefährliche, Betriebszustände des Kolbenspeichersystems können daher erkannt und behoben werden, bevor es zu Folgeschäden kommt.

Vorzugsweise wird die elektrische Energie zwischen den Schritten a) und b) zwischengespeichert. Die Energieerzeugung und das Ermitteln und Übermitteln der Betriebsdaten können dadurch zeitlich voneinander getrennt werden. Insbesondere können auch dann Betriebsdaten ermittelt werden, wenn gerade keine elektrische Energie erzeugt werden kann, etwa in einem Ruhezustand des Kolbenspeichersystems.

Vorzugsweise wird aus den Betriebsdaten ein Funktionstüchtigkeitskennwert des Kolbenspeichersystems bestimmt. Der Funktionstüchtigkeitskennwert kann eine aktuelle Leistungsfähigkeit, insbesondere eine maximal abrufbare Energiemenge, im Verhältnis zu einer nominellen Leistungsfähigkeit des neuwertigen, insbesondere nicht durch Verschleiß deteriorierten, Kolbenspeichersystems angeben. Der Funktionstüchtigkeitskennwert kann alternativ oder zusätzlich einen Verschleißzustand einer Dichtungsanordnung des Kolbens beschreiben. Der Funktionstüchtigkeitskennwert kann angeben, wann eine Wartung des Kolbenspeichersystems erforderlich ist. Alternativ oder zusätzlich kann der Funktionstüchtigkeitskennwert angeben, ob ein sicherheitsrelevantes Problem aufgetreten ist. In diesem Fall umfasst der Funktionstüchtigkeitskennwert typischerweise einen Binärwert.

Aus den Betriebsdaten kann eine Leckage über eine Dichtungsanordnung des Kolbens bestimmt werden. Die Leckage kann eine Leckage von Gas aus dem Gasraum in den Flüssigkeitsraum sein. Alternativ oder zusätzlich kann eine Leckage von Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsraum in den Gasraum bestimmt werden. Es kann jeweils insbesondere eine Leckagerate und/oder ein Leckagevolumen bestimmt werden. Ein Versagen der Dichtungsanordnung gefährdet die Funktionstüchtigkeit des Kolbenspeichersystems. Wenn eine (unzulässige) Leckage über die Dichtungsanordnung erkannt wird, kann das Kolbenspeichersystem außer Betrieb gesetzt und repariert werden, bevor es zu einem Versagen kommt.

Es kann vorgesehen sein, dass ein Überwachungsmodul des Kolbenspeichersystems, welches die Energiegewinnungseinheit, die Sensoranordnung und eine Funkeinheit zum Übermitteln der Betriebsdaten aufweist, aus einem Ruhemodus in einen Überwachungsmodus geschaltet wird, wenn ein vordefiniertes Aufwachereignis stattfindet. In dem Ruhemodus verbraucht das Überwachungsmodul besonders wenig Energie. Indem das Überwachungsmodul nur bei Bedarf aus dem Ruhemodus in den Überwachungsmodus geschaltet wird, kann erreicht werden, dass in einer Energiespeichereinheit des Überwachungsmoduls noch genügend elektrische Energie zum Erfassen von Betriebsdaten des Kolbenspeichersystems gespeichert ist. Das Aufwachereignis kann ein Überschreiten einer vordefinierten Beschleunigung des Kolbens oder eines vordefinierten Verfahrwegs des Kolbens relativ zu dem Speichergehäuse sein. Das Aufwachereignis kann das Erzeugen einer vordefinierten elektrischen Spannung oder einer vordefinierten Menge elektrischer Energie durch die Energiegewinnungseinheit sein. Das Aufwachereignis kann durch einen Betreiber auslösbar sein, beispielsweise durch Drücken eines Knopfes oder Anwählen einer Schaltfläche. Dadurch kann das Überwachungsmodul besonders lange im (energiesparenden) Ruhemodus gehalten werden; eine Überwachung findet nur auf gesonderte Anforderung durch den Betreiber hin statt.

Aus einem Bewegungsprofil des Kolbens kann auf einen Schmierungszustand des Kolbens geschlossen werden. Der Schmierungszustand kann insbesondere eine Dichtungsanordnung des Kolbens betreffen. Bei Überschreiten einer vorbestimmten Anzahl von Bewegungen des Kolbens, die einen Mindestverfahrweg des Kolbens nicht erreichen, kann ein Mangelschmierungszustand erkannt werden. Eine unzureichende Schmierung kann den Verschleiß der Dichtungsanordnung erhöhen und schlimmstenfalls zu deren Versagen führen. Indem Mangelschmierungszustände erkannt werden, können Wartungsmaßnahmen eingeplant und ergriffen werden, bevor Schäden auftreten.

Die in Schritt a) gewonnene elektrische Energie kann zur aktiven Beeinflussung des Kolbens, insbesondere zum Erhöhen der Schmierung einer Dichtungsanordnung des Kolbens, verwendet werden. Hierdurch kann ein Verschleiß der Dichtungsanordnung vermindert werden. Hierzu kann beispielsweise ein Bypass zur Umgehung einer Dichtung der Dichtungsanordnung geöffnet werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Erfindungsgemäß können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen, zweckmäßigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung und Zeichnung

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Kolbenspeichersystem mit einem fliegenden Kolben, der in einem Speichergehäuse einen Gasraum von einem Flüssigkeitsraum trennt und an dem ein erfindungsgemäßes Überwachungsmodul angeordnet ist, in einer schematischen Schnittansicht;

Fig. 2 einen gehäuseseitigen Bereich des Kolbens aus Figur 1 mit Aufnahmenuten für Dichtungseinrichtungen zur Abdichtung des Kolbens gegenüber dem Speichergehäuse, in einer schematischen Schnittansicht;

Fig. 3 eine Aufnahmenut des Kolbens aus Figur 1 mit einer darin angeordneten Dichtungseinrichtung mit einem ersten Dichtelement, das eine Haltenut für ein zweites Dichtelement aufweist, wobei sich ein Druckkanal von einem Nutgrund der Haltenut durch das erste Dichtelement erstreckt, und wobei an dem ersten und dem zweiten Dichtelement jeweils zwei dynamische Dichtabschnitte zur Abdichtung an dem Speichergehäuse ausgebildet sind, in einer schematischen Schnittansicht;

Fig. 4 eine weitere Dichtungseinrichtung mit einem ersten Dichtelement, das zwei Haltenuten für zweite Dichtelemente aufweist, wobei die zweiten Dichtelemente jeweils einen dynamischen Dichtabschnitt zur Abdichtung an dem Speichergehäuse aufweisen, und wobei sich zwischen den Haltenuten ein Druckkanal durch das erste Dichtelement erstreckt, in einer schematischen Schnittansicht;

Fig. 5 eine weitere Dichtungseinrichtung mit einem ersten Dichtelement, an dem ein erster dynamischer Dichtabschnitt ausgebildet ist und das eine Haltenut für ein zweites Dichtelement mit einem zweiten dynamischen Dichtabschnitt aufweist, wobei sich zwischen dem ersten dynamischen Dichtabschnitt und der Haltenut ein Druckkanal durch das erste Dichtelement erstreckt, in einer schematischen Schnittansicht;

Fig. 6 einen Kolben für ein erfindungsgemäßes Kolbenspeichersystem mit einem erfindungsgemäßen Überwachungsmodul, welches eine Energiegewinnungseinrichtung mit einem Gehäuseteil und einem Bewegungsteil, eine Energiespeichereinheit, eine Sensoranordnung und eine Funkeinheit aufweist, in einer schematischen Schnittansicht;

Fig. 7 das Bewegungsteil und zwei ringförmige Elemente des Gehäuseteils des Überwachungsmoduls aus Figur 6, wobei zwischen den beiden ringförmigen Elementen eine Spule zur induktiven Erzeugung elektrischer Energie bei Bewegung des Bewegungsteils angeordnet ist, in einer schematischen Perspektivansicht;

Fig. 8 die Spule und eines der ringförmigen Elemente des Gehäuseteils sowie das Bewegungsteil des Überwachungsmoduls aus Figur 6, in einer schematischen Perspektivansicht;

Fig. 9 eines der ringförmigen Elemente des Gehäuseteils des

Überwachungsmoduls aus Figur 7, wobei das ringförmige Element Stützmagnete zur Befestigung des Gehäuseteils an dem Kolben und zur magnetischen Levitation des Bewegungsteils aufweist, in einer schematischen Perspektivansicht;

Fig. 10 einen Gehäusedeckel des Gehäuseteils des Überwachungsmoduls aus Figur 6, wobei an dem Gehäusedeckel eine Führungsstange zur Führung des Bewegungsteils und Speicherelemente der Energiespeichereinheit angeordnet sind, in einer schematischen Perspektivansicht;

Fig. 11 ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen

Überwachungsverfahren für ein Kolbenspeichersystem.

Figur 1 zeigt ein Kolbenspeichersystem 10. Das Kolbenspeichersystem 10 weist ein Speichergehäuse 12 auf. In dem Speichergehäuse 12 ist ein fliegender Kolben 14 angeordnet. Der fliegende Kolben 14 ist in dem Speichergehäuse 12 entlang einer Längsachse 15 frei beweglich. Der fliegende Kolben 14 trennt einen Gasraum 16 von einem Flüssigkeitsraum 18. Der Gasraum 16 ist mit Stickstoff gefüllt. Der Flüssigkeitsraum 18 ist mit Öl, insbesondere Hydrauliköl, gefüllt.

An dem Kolben 14 ist ein Überwachungsmodul 20 angeordnet. Das Überwachungsmodul 20 ist hier in einer gasraumseitigen Mulde 22 des Kolbens 14 aufgenommen. Die Mulde 22 kann auch als eine Vertiefung in dem Kolben 14 bezeichnet werden. Komponenten des Überwachungsmoduls 20 sind in Figur 1 stark abstrahiert dargestellt.

Das Überwachungsmodul 20 weist eine Energiegewinnungseinheit 24 und eine Energiespeichereinheit 26 auf. Die Energiegewinnungseinheit 24 wird von dem Kolben 14 angetrieben und dient zum Erzeugen elektrischer Energie. Die Energiegewinnungseinheit 24 kann hierzu Energie, insbesondere mechanische Energie, in elektrische Energie umwandeln. Die Energiespeichereinheit 26 dient zum Zwischenspeichern der von der Energiegewinnungseinheit 24 erzeugten elektrischen Energie. Um der Energiespeichereinheit 26 eine Eingangsspannung bereitstellen zu können, die größer ist als eine Ausgangsspannung der Energiegewinnungseinheit 24, kann das Überwachungsmodul 20 einen in Figur 1 nicht näher dargestellten Spannungswandler aufweisen. Die Energiespeichereinheit 26 kann einen oder mehrere Akkumulatoren und/oder Kondensatoren aufweisen.

Das Überwachungsmodul 20 weist ferner eine Sensoranordnung 28 auf. Die Sensoranordnung 28 dient zum Ermitteln von Betriebsdaten des Kolbenspeichersystems 10. Die Sensoranordnung 28 kann eine Vielzahl von in Figur 1 nicht im Einzelnen dargestellten Sensoren umfassen, beispielsweise einen Gasdrucksensor zur Messung eines Gasdrucks im Gasraum 16, einen Flüssigkeitsdrucksensor zur Messung eines Flüssigkeitsdrucks im Flüssigkeitsraum 18, Temperatursensoren zur Messung von Temperaturen im Gasraum 16 bzw. Flüssigkeitsraum 18, einen Beschleunigungssensor, einen Distanzsensor zur Messung eines Abstands des Kolbens 14 von einer den Gasraum 16 begrenzenden Stirnseite 30 des Speichergehäuses 12 und/oder einen Impedanzsensor zur Messung einer Impedanz in dem Gasraum 16. Die Sensoranordnung 28 kann ferner einen Zwischendichtungsdrucksensor zur Messung eines Zwischendichtungsdrucks zwischen zwei Dichtungseinrichtungen einer Dichtungsanordnung des Kolbens 14 und/oder einen Innerdichtungsdrucksensor zur Messung eines Innerdichtungsdrucks zwischen zwei Dichtabschnitten einer Dichtungseinrichtung aufweisen. Die Sensoranordnung 28 kann weiterhin eine Auswerteeinheit zum Verarbeiten von Messwerten der einzelnen Sensoren aufweisen.

Das Überwachungsmodul 20 weist weiterhin eine Funkeinheit 32 auf. Die Funkeinheit 32 dient zum Übermitteln der von der Sensoranordnung 28 erfassten bzw. ermittelten Betriebsdaten des Kolbenspeichersystems 10. Die Funkeinheit 32 kann ein Bluetooth-Modul sein. Um die von der Funkeinheit 32 übermittelten Betriebsdaten zu empfangen, kann an der den Gasraum 16 begrenzenden Stirnseite 30 des Speichergehäuses 12 eine weitere Funkeinheit 34 angeordnet sein. An der Stirnseite 30 kann eine Durchführung 36 zum Anschließen der weiteren Funkeinheit 34 ausgebildet sein. Die Durchführung 36 ist grundsätzlich gasdicht verschlossen.

Die Sensoranordnung 28 und die Funkeinheit 32 werden mit von der Energiegewinnungseinheit 24 erzeugter elektrischer Energie betrieben. Die elektrische Energie kann der Sensoranordnung 28 bzw. der Funkeinheit 32 unmittelbar bei ihrer Erzeugung in der Energiegewinnungseinheit 24 zugeführt werden. Typischerweise werden die Sensoranordnung 28 und die Funkeinheit 32 jedoch aus der Energiespeichereinheit 26 mit elektrischer Energie versorgt.

In Figur 2 ist ein radial äußerer Bereich des Kolbens 14 des Kolbenspeichersystems 10 von Figur 1 vergrößert dargestellt. Der Kolben 14 grenzt radial außen an eine Zylinderwand 38 des Speichergehäuses 12 an. Die Umfangswand 38 umgibt die Längsachse 15 ringförmig, vergleiche auch Figur 1.

Der Kolben 14 weist zwei Aufnahmenuten 40 für zwei in den Figuren 1 und 2 nicht dargestellte Dichtungseinrichtungen einer zweistufigen Dichtungsanordnung auf. Eine der Dichtungseinrichtungen ist als eine flüssigkeitsseitige Dichtungseinrichtung ausgebildet und näher an dem Flüssigkeitsraum 18 angeordnet; die andere Dichtungseinrichtung ist als eine gasseitige Dichtungseinrichtung ausgebildet und näher an dem Gasraum 16 angeordnet. Die Aufnahmenuten 40 sind entlang der Längsachse 15 voneinander beabstandet. Zwischen den beiden Aufnahmenuten 40 mündet ein Verbindungskanal 42. Der Verbindungskanal 42 überträgt einen zwischen den beiden in den Aufnahmenuten 40 gehaltenen Dichtungseinrichtungen herrschenden Druck (hier als Zwischendichtungsdruck bezeichnet) an den Zwischendichtungsdrucksensor. Der Verbindungskanal 42 kann radial außen in eine Umfangsnut 43, welche sich zwischen den Aufnahmenuten 40 umlaufend um den Kolben 14 erstreckt, münden.

In eine der beiden Aufnahmenuten 40 mündet ein Anschlusskanal 44. Der Anschlusskanal 44 überträgt einen in der Aufnahmenut 40 herrschenden Druck (hier als Innerdichtungsdruck bezeichnet) an den Innerdichtungsdrucksensor. Auch die zweite Aufnahmenut 40 kann einen weiteren Anschlusskanal für einen weiteren Innerdichtungsdrucksensor der Sensoranordnung 28 aufweisen (nicht dargestellt).

Der Kolben 14 weist ferner zwei Führungsnuten 46 auf. In den Führungsnuten 46 sind in den Figuren 1 und 2 nicht näher dargestellte Führungsbänder zur Abstützung des Kolbens 14 an der Zylinderwand 38 des Speichergehäuses 12 angeordnet. Die beiden Aufnahmenuten 40 für die Dichtungseinrichtungen können in axialer Richtung zwischen den beiden Führungsnuten 46 ausgebildet sein.

Figur 3 zeigt eine Dichtungseinrichtung 48 einer Dichtungsanordnung 50. Die Dichtungseinrichtung 48 ist in der Aufnahmenut 40 des Kolbens 14, vergleiche Figuren 1 und 2, angeordnet. Die Dichtungseinrichtung 48 dichtet den Kolben 14 gegenüber der Zylinderwand 38 des Speichergehäuses 12 ab. Auch in der zweiten Aufnahmenut 40 kann eine solche Dichtungseinrichtung 48 angeordnet sein.

Die Dichtungseinrichtung 48 weist ein erstes Dichtelement 52 auf. Das erste Dichtelement 52 weist einen ersten und einen zweiten dynamischen Dichtabschnitt 54a, 54b auf. Bei einer Bewegung des Kolbens 14 gleiten die dynamischen Dichtabschnitte 54a, 54b des ersten Dichtelements 52 an der Zylinderwand 38 entlang.

Die Dichtungseinrichtung 48 weist ferner zwei Vorspannelemente 56 auf. Die Vorspannelemente 56 pressen das erste Dichtelement 52, insbesondere dessen dynamische Dichtabschnitte 54a, 54b in zu der Längsachse 15 radialer Richtung gegen die Zylinderwand 38. Die Vorspannelemente 56 sind hier jeweils als O-Ringe ausgebildet. Die Vorspannelemente 56 können das erste Dichtelement 52 statisch gegenüber dem Kolben 14 abdichten. Zwischen den beiden Vorspannelementen 56 erstreckt sich ein Fortsatz 58 des ersten Dichtelements 52 nach radial innen. Durch den Fortsatz 58 sind die beiden Vorspannelemente 56 in axialer Richtung voneinander beabstandet.

Das erste Dichtelement 52 weist eine Haltenut 60 auf. Die Haltenut 60 ist in axialer Richtung zwischen den beiden dynamischen Dichtabschnitten 54a, 54b angeordnet. Ausgehend von einem Nutgrund 62 der Haltenut 60 erstreckt sich ein Druckkanal 64 durch das erste Dichtelement 52. Der Druckkanal 64 verläuft hier durch den Fortsatz 58. Der Druckkanal 64 verbindet die Haltenut 60 fluidisch mit der Umfangsnut 43 bzw. dem Verbindungskanal 42 des Kolbens 14.

In der Haltenut 60 ist ein zweites Dichtelement 66 der Dichtungseinrichtung 48 angeordnet. Das zweite Dichtelement 66 kann mit einem X-förmigen Querschnitt ausgebildet sein. Das zweite Dichtelement 66 weist hier zwei weitere dynamische Dichtabschnitte 68a, 68b auf. Bei einer Bewegung des Kolbens 14 gleiten die weiteren dynamischen Dichtabschnitte 68a, 68b des zweiten Dichtelements 66 an der Zylinderwand 38 entlang. Das zweite Dichtelement 66 weist ferner zwei statische Dichtabschnitte 70a, 70b auf. Der Druckkanal 64 mündet zwischen den beiden statischen Dichtabschnitten 70a, 70b in die Haltenut 60. Wenn sich das zweite Dichtelement 66 in der Haltenut 60 verdrillen sollte, übertragen der Druckkanal 64 und der Verbindungskanal 42 den zwischen den beiden dynamischen Dichtabschnitten 54a, 54b des ersten Dichtelements 52 herrschenden Innerdichtungsdrucks zu dem Innerdichtungsdrucksensor der Sensoranordnung 28. Der Innerdichtungsdrucksensor ermöglicht daher eine Überwachung der korrekten Anordnung und Ausrichtung des zweiten Dichtelements 66.

Die beiden dynamischen Dichtabschnitte 54a, 54b des ersten Dichtelements 52 wirken hier vorrangig als eine Flüssigkeitsdichtung, insbesondere wenn sich der Kolben 14 bewegt. Die beiden dynamischen Dichtabschnitte 68a, 68b des zweiten Dichtelements 66 wirken hier vorrangig als eine Gasdichtung. Bei stillstehendem Kolben 14 wirken die beiden dynamischen Dichtabschnitte 68a, 68b des zweiten Dichtelements 66 zudem als eine statische Flüssigkeitsdichtung einer Leckage von Flüssigkeit über die Dichtungseinrichtung 48 entgegen.

Figur 4 zeigt eine weitere Dichtungseinrichtung 72 für den Kolben 14 eines Kolbenspeichersystems 10, vergleiche Figur 1. Die Dichtungseinrichtung 72 weist ein erstes Dichtelement 74 und zwei zweite Dichtelemente 76 auf. Die Dichtungsanordnung 72 kann über Vorspannelemente 56 vorgespannt in einer Aufnahmenut 40 des Kolbens 14 angeordnet sein, vergleiche Figur 3. Das erste Dichtelement 74 und die zweiten Dichtelemente 76 der Dichtungseinrichtung 72 ersetzen dabei das erste und das zweite Dichtelement 52, 66 der Dichtungseinrichtung 48.

Das erste Dichtelement 74 weist zwei Haltenuten 78 auf. In jeder der beiden Haltenuten 78 ist je eines der zweiten Dichtelemente 76 angeordnet. An den beiden zweiten Dichtelemente 76 ist jeweils ein dynamischer Dichtabschnitt 80 zur Abdichtung an dem Speichergehäuse 12 ausgebildet. Die zweiten Dichtelemente 76 weisen ferner jeweils zwei statische Dichtabschnitte 82 zur Abdichtung gegenüber dem ersten Dichtelement 74 auf. Die zweiten Dichtelemente 76 können jeweils einen V-förmigen Querschnitt aufweisen. An dem ersten Dichtelement 74 können weitere dynamische Dichtabschnitte 84 ausgebildet sein.

Zwischen den beiden Haltenuten 78 bzw. zwischen den beiden zweiten Dichtelementen 76 erstreckt sich ein Druckkanal 86 durch das erste Dichtelement 74. Der Druckkanal 86 überträgt einen zwischen den beiden zweiten Dichtelementen 76 bzw. zwischen den axial inneren weiteren Dichtabschnitten 84 herrschenden Innerdichtungsdrucks zu einem Innerdichtungsdrucksensor der Sensoranordnung 28.

Figur 5 zeigt eine weitere Dichtungseinrichtung 88 für den Kolben 14 eines Kolbenspeichersystems 10, vergleiche Figur 1. Die Dichtungseinrichtung 88 weist ein erstes Dichtelement 90 und ein zweites Dichtelement 92 auf. Die Dichtungsanordnung 88 kann über Vorspannelemente 56 vorgespannt in einer Aufnahmenut 40 des Kolbens 14 angeordnet sein, vergleiche Figur 3. Das erste Dichtelement 90 und das zweite Dichtelement 92 der Dichtungseinrichtung 88 ersetzen dabei das erste und das zweite Dichtelement 52, 66 der Dichtungseinrichtung 48.

Das erste Dichtelement 90 weist eine Haltenut 94 auf. In der Haltenut 94 ist das zweite Dichtelement 92 angeordnet. An dem ersten Dichtelement 90 ist ein erster dynamischer Dichtabschnitt 96 ausgebildet. An dem zweiten Dichtelement 92 ist ein zweiter dynamischer Dichtabschnitt 98 ausgebildet. Der erste dynamische Dichtabschnitt 96 ist typischerweise dem Flüssigkeitsraum 18 zuweisend an dem Kolben 14 angeordnet; der zweite dynamische Dichtabschnitt 98 ist typischerweise dem Gasraum 16 zuweisend an dem Kolben 14 angeordnet. Beidseits des zweiten Dichtelements 92 bzw. der Haltenut 94 können weitere dynamische Dichtabschnitte 100 an dem ersten Dichtelement 90 ausgebildet sein.

Das zweite Dichtelement 92 weist ferner zwei statische Dichtabschnitte 82 zur Abdichtung gegenüber dem ersten Dichtelement 90 auf. Das zweite Dichtelement 92 kann einen V-förmigen Querschnitt aufweisen.

Zwischen dem ersten dynamischen Dichtabschnitt 96 des ersten Dichtelements 90 und dem zweiten Dichtelement 92 bzw. der Haltenut 94 erstreckt sich ein Druckkanal 102 durch das erste Dichtelement 90. Der Druckkanal 102 überträgt einen zwischen den beiden dynamischen Dichtabschnitten 96, 98 herrschenden Innerdichtungsdrucks zu einem Innerdichtungsdrucksensor der Sensoranordnung 28.

Figur 6 zeigt einen Kolben 14 für ein Kolbenspeichersystem 10, vergleiche Figur 1. Der Kolben 14 weist zwei in Führungsnuten 46 gehaltene Führungsbänder 103 auf. Die Führungsbänder 103 umgreifen den Kolben 14 ringförmig. In axialer Richtung bezüglich einer Längsachse 15 zwischen den beiden Führungsbändern 103 weist der Kolben 14 eine, hier einstufige, Dichtungsanordnung 50 auf. Eine Dichtungseinrichtung der Dichtungsanordnung 50 ist in einer Aufnahmenut 40 des Kolbens 14 gehalten. Die Dichtungseinrichtung kann eine der oben beschriebenen Dichtungseinrichtungen 48, 72 oder 88 sein, vergleiche Figuren 3, 4 oder 5.

An dem Kolben 14 ist ein Überwachungsmodul 20 lösbar gehalten. Das Überwachungsmodul 20 kann magnetisch an dem Kolben 14 befestigt sein. Das Überwachungsmodul 20 ist hier überwiegend in einer Mulde 22 des Kolbens 14 versenkt.

Das Überwachungsmodul weist eine Energiegewinnungseinheit 24, eine Energiespeichereinheit 26, eine Sensoranordnung 28 und eine Funkeinheit 32 auf. Im Hinblick auf deren Funktionen und insbesondere die Sensorausstattung der Sensoranordnung 28 wird auf die obige Beschreibung Bezug genommen.

Die Energiegewinnungseinheit 24 weist ein Gehäuseteil 104 und ein Bewegungsteil 106 auf. Das Bewegungsteil 106 ist entlang einer Längsachse 15 gegenüber dem Gehäuseteil 104 beweglich. Im in das Speichergehäuse 12 eingesetzten Zustand des Kolbens 14 ist der Kolben 14 seinerseits entlang der Längsachse 15 in dem Speichergehäuse 12 beweglich, vergleiche Figur 1. Das Gehäuseteil 104 weist zwei ringförmige Elemente 108a, 108b, vergleiche auch Figuren 7, 8 und 9, und einen Gehäusedeckel 110, vergleiche auch Figur 10, auf. Die beiden ringförmigen Elemente 108a, 108b können baugleich ausgeführt sein. Zwischen den beiden ringförmigen Elementen 108a, 108b ist eine Spule 112 angeordnet. Die Spule 112 dient der induktiven Erzeugung elektrischer Energie bei Bewegung des Bewegungsteils 106. Das Bewegungsteil 106 weist mehrere Magnete 114 auf. Die Magnete 114 sind an einer Felge 116 des Bewegungsteils 106 gehalten. Die Magnete 114 sind hier symmetrisch bezüglich der Längsachse 15 angeordnet, vergleiche Figur 8.

Die beiden ringförmigen Elemente 108a, 108b des Bewegungsteils 104 weisen jeweils mehrere, hier sechs, Stützmagnete 118a, 118b auf. Die Magnete 114 des Bewegungsteils 106 sind (in axialer Richtung bezüglich der Längsachse 15) zwischen den Stützmagneten 118a, 118b der beiden ringförmigen Elemente 108a, 108b angeordnet. Die Stützmagnete 118a, 118b sind dabei so orientiert, dass sie die Magnete 114 des Bewegungsteils 106 jeweils abstoßen. Das Bewegungsteil 106 wird dadurch zwischen den beiden ringförmigen Elementen 108a, 108b in der Schwebe gehalten, sodass es sich bei einer Beschleunigung des Kolbens 14 bzw. des Gehäuseteils 104 in beiden Richtungen entlang der Längsachse 15 relativ zu dem Gehäuseteil 104 bewegen kann. Die Magnete 114 und die Stützmagnete 118a, 118b bilden insofern eine Federeinrichtung der Energiegewinnungseinheit 24. Die Stützmagnete 118a des (in Figur 6 unteren) ringförmigen Elements 108a können ferner zur Befestigung des Überwachungsmoduls 20 an dem Kolben 14 magnetisch an einem Kolbenboden 119 des Kolbens 14 gehalten sein.

Die Felge 116 des Bewegungsteils 106 kann über Speichen 120 mit einem Hülsenabschnitt 122 verbunden sein, vergleiche insbesondere Figuren 7 und 8. Über den Hülsenabschnitt 122 kann das Bewegungsteil 106 an einer Führungsstange 124 des Gehäuseteils 104 geführt sein, vergleiche Figur 6. Die Führungsstange 124 ist hier an dem Gehäusedeckel 110 gehalten, vergleiche Figur 10.

Um zu verhindern, dass sich das Bewegungsteil 106 um die Längsachse 15 gegenüber dem Gehäuseteil 104 dreht oder um eine Querachse verkippt, kann eine weitere Führung des Bewegungsteils 106 am Gehäuseteil 104 eingerichtet sein. Hier weist das Bewegungsteil 106 Fortsätze 126 auf, vergleiche Figur 8. Die beiden ringförmigen Elemente 108a, 108b weisen jeweils Nuten 128 auf, vergleiche Figuren 8 und 9. Im aneinander montierten Zustand der ringförmigen Elemente 108a, 108b ergänzen die jeweiligen Nuten 128 einander und erstrecken sich parallel zu der Längsachse 15. Die Fortsätze 126 greifen in die Nuten 128 ein, vergleiche Figuren 7 und 8.

Das Bewegungsteil 106 und die ringförmigen Elemente 108a, 108b des Gehäuseteils 104 können drehsymmetrisch bezüglich der Längsachse 15 ausgebildet sein. Das Bewegungsteil 106 ist hier drehsymmetrisch bezüglich Drehungen von 120° bzw. Vielfachen hiervon. Die ringförmigen Elementel08a, 108b sind hier drehsymmetrisch bezüglich Drehungen von 60° bzw. Vielfachen hiervon.

An dem Gehäusedeckel 110 können nicht näher dargestellte Leiterbahnen zur elektrischen Verbindung der Energieerzeugungseinheit 24 der Energiespeichereinheit 26, der Sensoren der Sensoranordnung 28 sowie der Funkeinheit 32 ausgebildet sein. Die Leiterbahnen können auf dem Gehäusedeckel aufgedruckt sein, insbesondere beidseitig. Einige oder alle der Sensoren der Sensoranordnung 28 und die Funkeinheit 32 können an dem Gehäusedeckel 110 gehalten sein. Die Funkeinheit 32 und beispielsweise ein Gasdrucksensor zur Messung eines Gasdrucks in dem Gasraum 16 oder ein Distanzsensor zur Messung eines Abstands des Kolbens 14 von einer Stirnseite 30 eines Speichergehäuses 12 können außen an dem Gehäusedeckel 110 angeordnet sein, vergleiche Figur 6. Andere Sensoren der Sensoranordnung 28, beispielsweise ein Beschleunigungssensor, können innen an dem Gehäusedeckel 110 angeordnet sein. Auch Komponenten der Energiespeichereinheit 26, beispielsweise Kondensatoren 130, können innen an dem Gehäusedeckel 110 angeordnet sein, vergleiche Figur 10.

Figur 11 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Überwachungsverfahrens für ein Kolbenspeichersystem. Das Verfahren wird nachfolgend beispielhaft anhand des oben beschriebenen Kolbenspeichersystems 10, vergleiche Figur 1, bzw. des Überwachungsmoduls 20, vergleiche Figur 6, beschrieben.

Vor Durchführung des Verfahrens kann sich das Überwachungsmodul 20 in einem energiesparenden Ruhemodus befinden. Das Überwachungsmodul 20 wird dann in einem Schritt 202 zunächst in einen Überwachungsmodus geschaltet. In dem Überwachungsmodus ist das Sensorsystem 28 aktiviert. Dies kann durch einen Benutzer ausgelöst werden. Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Überwachungsmodul 20 eine Bewegung des Kolbens 14 erkennt und selbsttätig den Überwachungsmodus aktiviert. Sodann wird in einem Schritt 204 die Energiegewinnungseinheit 24 von dem Kolben 14 angetrieben, sodass elektrische Energie erzeugt wird. Hierzu können Schwingungen bzw. Vibrationen des Kolbens 14 ausgenutzt werden, da diese eine Relativbewegung zwischen dem Bewegungsteil 106 und dem Gehäuseteil 104 hervorrufen. Die erzeugte elektrische Energie wird in einem Schritt 206 zumindest überwiegend in der Energiespeichereinheit 26 zwischengespeichert.

Die in der Energiespeichereinheit 26 gespeicherte elektrische Energie wird in einem Schritt 208 dazu verwendet, die Sensoranordnung 28 zu betreiben und in einem Schritt 210 Betriebsdaten des Kolbenspeichersystems 10 zu ermitteln. Die Betriebsdaten können dabei Messwerten von Sensoren der Sensoranordnung 28 entsprechen und/oder mittels einer Auswerteeinheit der Sensoranordnung 28 aus den Messwerten abgeleitet sein. Die Schritte 208 und 210 werden typischerweise zeitgleich durchgeführt. Die ermittelten Betriebsdaten werden schließlich in einem Schritt 212 von der Funkeinheit 32 des Überwachungsmoduls 20 an die weitere Funkeinheit 34 per Funk übermittelt. Auch die Funkeinheit 32 wird mit elektrischer Energie aus der Energiespeichereinheit 26 betrieben. Die weitere Funkeinheit 34 ist typischerweise über Kabel an eine Energieversorgung und eine Analyseeinheit, beispielsweise einen PC, angeschlossen. In der Analyseeinheit können die Betriebsdaten in einem Schritt 214 weiter analysiert werden. Alternativ oder zusätzlich können die Betriebsdaten und/oder aus den Betriebsdaten abgeleitete Informationen von der Analyseeinheit über eine Funkstrecke weiter übertragen werden, beispielsweise an einen von dem Speichergehäuse 12 entfernt angeordneten (ggf. weiteren) PC.

Bei der Analyse der Betriebsdaten kann insbesondere ein Funktionstüchtigkeitskennwert des Kolbenspeichersystems 10 bestimmt werden. Der Funktionstüchtigkeitskennwert kann angeben, wie groß die Leistungsfähigkeit des Kolbenspeichersystems 10 im Vergleich zu einem neuwertigen Kolbenspeichersystem 10 ist.

Ferner kann ermittelt werden, ob eine Leckage über die Dichtungsanordnung 50 des Kolbens stattgefunden hat. Es können insbesondere ein Leckagevolumen und/oder eine Leckagerate (Volumenstrom) bestimmt werden. Sofern eine Leckage aufgetreten ist, wird vorzugsweise auch bestimmt, ob Gas aus dem Gasraum 16 in den Flüssigkeitsraum 18 gelangt ist oder ob umgekehrt Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsraum 18 in den Gasraum 16 gelangt ist. Besonders bevorzugt kann auch erkannt werden, ob eine Leckage in beiden Richtungen stattgefunden hat.

Weiterhin kann ein Schmierungszustand des Kolbens 14 abgeschätzt werden. Hierzu kann ein Bewegungsprofil des Kolbens 14 ausgewertet werden. Insbesondere kann festgestellt werden, dass ein Mangelschmierungszustand vorliegt, wenn eine vorbestimmte Anzahl von Bewegungen des Kolbens 14 einen Mindestverfahrweg nicht erreicht hat.

Die vorgenannten Analysen können alternativ bereits in der Auswerteeinheit der Sensoranordnung 28 durchgeführt werden. Die Betriebsdaten enthalten dann die entsprechenden Analyseergebnisse.

Falls erforderlich, kann in einem Schritt 216 der Kolben 14 aktiv beeinflusst werden. Ein Beeinflussungsauftrag kann von der weiteren Funkeinheit 34 an die Funkeinheit 32 des Überwachungsmoduls 20 übermittelt werden. Die weitere Funkeinheit 34 kann hierzu auch zum Aussenden von Funksignalen und die Funkeinheit 32 kann auch zum Empfangen von Funksignalen ausgebildet sein. Zur Beeinflussung des Kolbens 14 wird von der Energieerzeugungseinheit 24 erzeugte elektrische Energie verwendet, typischerweise wobei diese in der Energiespeichereinheit 26 zwischengespeichert wurde. Die aktive Beeinflussung kann beispielsweise darauf abzielen, einen Schmierungszustand der Dichtungsanordnung 50 des Kolbens 14 zu erhöhen. Hierzu kann ein Ventil geöffnet werden oder ein aktives Material am Kolben 14 elektrisch deformiert werden, sodass Öl aus dem Flüssigkeitsraum 18 in den Bereich dynamischer Dichtabschnitte 54a, 54b, 68a, 68b bzw. 80 bzw. 96, 98, vergleiche Figuren 3, 4 oder 5, gelangt. In einem abschließenden Schritt 218 kann das Überwachungsmodul 20 wieder in den Ruhemodus geschaltet werden. In dem Ruhemodus sind die meisten Sensoren der Sensoranordnung inaktiv. Insbesondere ein Beschleunigungssensor kann auch im Ruhemodus aktiv bleiben, um ein automatisches Umschalten 202 in den Überwachungsmodus zu ermöglichen. Durch das Umschalten 218 in den Ruhemodus kann erreicht werden, dass bei einem erneuten Verfahrensdurchlauf bereits unmittelbar nach dem Einschalten des Überwachungsmodus in einem erneuten Schritt 202 genügend elektrische Energie in der Energiespeichereinheit 26 gespeichert ist, um die Sensoranordnung 28 zum Ermitteln von Betriebsdaten betreiben zu können.

Die Schritte 204 bis 216 können ohne zeitlichen Überlapp aufeinanderfolgend durchgeführt werden. Typischerweise werden die Schritte 204 bis 216 jedoch zumindest teilweise zeitlich überlappend (gleichzeitig) durchgeführt. Insbesondere können zu einem bestimmten Zeitpunkt die Schritte 204 bis 214 und ggf. auch Schritt 216 allesamt zugleich stattfinden.

Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Kolbenspeichersystem (10) mit einem Speichergehäuse (12) und einem fliegenden Kolben (14), der einen Gasraum (16) und einen Flüssigkeitsraum (18) in dem Speichergehäuse (12) voneinander trennt, wobei ein Überwachungsmodul (20) an dem Kolben (14) angeordnet ist, welches eine mittels des Kolbens (14) antreibbare Energiegewinnungseinheit (24) zum Erzeugen elektrischer Energie, eine Energiespeichereinheit (26) zum Speichern der elektrischen Energie, eine Sensoranordnung (28) zum Ermitteln von Betriebsdaten des Kolbenspeichersystems (10) und eine Funkeinheit (32) zum Übermitteln der Betriebsdaten aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Überwachungsmodul (20) zum Anordnen an einem Kolben (14) eines Kolbenspeichersystems (10) aufweisend eine mittels des Kolbens (14) antreibbare Energiegewinnungseinheit (24) mit einem Gehäuseteil (104) und einem relativ zu dem Gehäuseteil (104) entlang einer Längsachse (15) beweglichen Bewegungsteil (106), wobei die Energiegewinnungseinheit (24) dazu eingerichtet ist, aus einer Bewegung des Bewegungsteils (106) relativ zu dem Gehäuseteil (104) elektrische Energie zu erzeugen, eine Energiespeichereinheit (26), eine Sensoranordnung (28) und eine Funkeinheit (32). Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Überwachen eines Kolbenspeichersystems (10) mit einem fliegenden Kolben (14), mit den Schritten a) Antreiben (204) einer Energiegewinnungseinheit (24) mittels des Kolbens (14) und Erzeugen elektrischer Energie, b) Betreiben (208) einer an dem Kolben (14) angeordneten Sensoranordnung (28) mit der elektrischen Energie und Ermitteln (210) von Betriebsdaten des Kolbenspeichersystems (10) mittels der Sensoranordnung (28), c) Drahtloses Übermitteln (212) der Betriebsdaten.

Bezuqszeichenliste

Kolbenspeichersystem 10 Speichergehäuse 12 Kolben 14 Längsachse 15 Gasraum 16 Flüssigkeitsraum 18 Überwachungsmodul 20 Mulde 22

Energiegewinnungseinheit 24 Energiespeichereinheit 26 Sensoranordnung 28 Stirnseite 30 Funkeinheit 32 weitere Funkeinheit 34 Durchführung 36 Zylinderwand 38 Aufnahmenuten 40 Verbindungskanal 42 Umfangsnut 43 Anschlusskanal 44 Führungsnuten 46

Dichtungseinrichtung 48 Dichtungsanordnung 50 erstes Dichtelement 52 erster, zweiter dynamischer Dichtabschnitt 54a, 54b

Vorspannelemente 56

Fortsatz 58

Haltenut 60

Nutgrund 62

Druckkanal 64 zweites Dichtelement 66 weitere dynamische Dichtabschnitte 68a, 68b statische Dichtabschnitte 70a, 70b

Dichtungseinrichtung 72 erstes Dichtelement 74 zweite Dichtelemente 76 Haltenuten 78 dynamischer Dichtabschnitt 80 statische Dichtabschnitte 82 weitere dynamische Dichtabschnitte 84 Druckkanal 86

Dichtungseinrichtung 88 erstes Dichtelement 90 zweites Dichtelement 92 Haltenut 94 erster dynamischer Dichtabschnitt 96 zweiter dynamischer Dichtabschnitt 98 weitere dynamische Dichtabschnitte 100 Druckkanal 102 Führungsbänder 103 Gehäuseteil 104 Bewegungsteil 106 ringförmige Elemente 108a,108b Gehäusedeckel 110 Spule 112 Magnete 114 Felge 116

Stützmagnete 118a,118b Kolbenboden 119 Speichen 120 Hülsenabschnitt 122 Führungsstange 124 Fortsätze 126 Nuten 128 Kondensatoren 130

Überwachungsmodus aktivieren 202 Antreiben 204 der Energiegewinnungseinheit 24 Zwischenspeichern 206 Betreiben 208 der Sensoranordnung 28 Ermitteln 210 von Betriebsdaten Übermitteln 212 der Betriebsdaten Analysieren 214 der Betriebsdaten Beeinflussen 216 des Kolbens 14 Ruhemodus aktivieren 218