Maschinenteil

Beschreibung

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Ausfahrlänge von einem ausfahrbaren Maschinenteil und ein Verfahren zur Bestimmung einer Ausfahrlänge. Ausführungsbeispiele beziehen sich insbesondere auf ein Ultraschall-Längenmesssystem, welches eine Längenmessung mittels eines robusten Ultraschallsystems von ausfahrbaren Teilen, wie Teleskopzylin- dem oder ausfahrbaren Stützen von Autokranen, Betonpumpen oder ähnlichen Maschinen erlaubt.

An mobilen Maschinen, wie beispielsweise Hubarbeitsbühnen, Autokranen oder Betonpumpen, werden zur Abstützung häufig vier Arme oder Stempel ausgefahren. An deren äußeren Enden sind weitere Stempel senkrecht angeordnet, die nach unten gefahren werden können und somit eine Abstützung auf dem Boden ermöglichen, so dass das Fahrzeug eine stabile Lage einnimmt und beispielsweise nicht mehr auf den Rädern steht.

Je weiter die horizontalen Stempel ausgefahren werden, umso größer kann das seitliche Auslegen des Arbeitswerkzeugs oder der Hebebühne sein, ohne dass eine Gefahr des Umkip- pens oder von Instabilitäten besteht. Zur Erreichung der höchsten Auslenkung wäre es deshalb sinnvoll, die Stützen immer voll (maximal) auszufahren. Das ist jedoch aufgrund von beengten Platzverhältnissen innerhalb der Baustelle nicht immer möglich. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, die Längen der vier Ausfahrstempel möglichst exakt zu messen, um damit - in Verbindung mit einer Lastmessung - eine optimale Standsicherheit bei gleichzeitiger optimaler Ausnutzung der seitlichen Auslegung zu gewährleisten. Um eine ausreichend hohe Arbeitssicherheit zu gewährleisten, ist es erforderlich, dass diese Längenmessung möglichst exakt geschieht.

Im Stand der Technik werden dabei vorwiegend Seilzugsensoren zum Messen der Ausfahrlänge eingesetzt. Diese Seillängengeber weisen üblicherweise ein Stahlseil auf, welches mit einer federvorgespannten Aufwickelvorrichtung und einem daran angebrachten Ein- oder Mehrgangpotentiometer gekop- pelt ist. Neuere Seillängengeber können auch berührungslose Sensorelemente, wie z. B. Hallsensoren, verwenden. Ein Nachteil dieser konventionellen Seillängengeber besteht in den vielen beweglichen mechanischen Teilen, die ihrerseits relativ störanfällig sind. Außerdem sind sie nur begrenzt für einen rauen Mobilbetrieb einsetzbar. Andererseits weisen die vielen mechanischen Teile dieser konventionellen Seillängengeber einen erhöhten Verschleiß auf und zur Gewährleistung einer ausreichenden Sicherheit sind meist je zwei dieser Sensoren in einem Ausleger eingebaut.

Für einfache, absolute Längenmessung werden, abgesehen von dem konventionellen Seillängengeber, weitere verschiedene konventionelle Messverfahren genutzt. Eines der konventionellen Messverfahren nutzt beispielsweise optische Ab- standssensoren, die Licht zum Messen des Abstands verwenden. Diese konventionellen Systeme sind jedoch dahingehend nachteilig, dass sie sehr störanfällig gegen Verschmutzung auf einer Baustelle sind. Aus diesem Grund werden in Baumaschinen oft Ultraschallsensoren eingesetzt. Bei Ultra- schallsensoren sendet ein Ultraschallwandler eine Schallwelle mit einem bestimmten Öffnungswinkel aus und gleichzeitig wird ein Timer gestartet, der eine Zeitmessung durchführt. Die Wellen werden von einem Objekt reflektiert und auf dem Wandler, der dann als Empfänger dient, zurück- geworfen. Dort wird das Signal verstärkt und der Timer stoppt die vergangene Zeit zwischen dem Aussenden und dem Empfangen des reflektierten Signals. Aus der abgelaufenen Zeit zwischen dem Senden und Empfangen kann somit (dem einfachen Radarprinzip folgend) der Abstand des Objekts zu dem Wandler bestimmt werden, wobei berücksichtigt wird, dass die Entfernung zwischen dem Wandler und dem Objekt zweimal durchlaufen wird. Da allerdings die Schallausbrei- tung solcher Sensoren nicht eng fokussiert werden kann, ist ein Messen in engen Räumen, wie beispielsweise bei der gewünschten Anwendung (für Maschinenteile) , nur schwer möglich. Zum Beispiel würden alle möglichen Reflexionen an Seitenwänden oder anderen Maschinenteilen zu einer Störung und Verfälschung des Messresultats führen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Ausfahrlänge zu schaffen, die robust genug ist, um beispielsweise auf Baustellen angewendet zu werden. Andererseits soll ein Resultat mit hoher Sicherheit geliefert werden.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 17 gelöst.

Der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine Vorrichtung zur Bestimmung der Ausfahrlänge von einem ausfahrbaren Maschinenteil dadurch geschaffen wird, dass an zwei Referenzpunkten, deren Abstand sich in Abhängigkeit der Ausfahrlänge ändert, jeweils ein Ultraschallwandler angeordnet ist, so dass ein Ultraschallsignal, das von dem einen der zwei Ultraschallwandler ausgesandt wird, durch den anderen der zwei Ultraschallwandler an dem ande- ren Referenzpunkt empfangen wird und aus einer Zeitmessung, die das Schallsignal zur Ausbreitung von dem ersten zum zweiten Referenzpunkt benötigt, der Abstand ermittelt werden kann. Gleichzeitig wird, um eine ausreichende Sicherheit zu gewährleisten, eine zweite Messung durchge- führt. Bei der zweiten Messung wird von dem Ultraschallwandler an dem zweiten Referenzpunkt ein weiteres Ultraschallsignal ausgesendet, welches von dem Ultraschallwandler am ersten Referenzpunkt empfangen wird, so dass aus der verstrichenen Zeit zwischen dem Senden und Empfangen des weiteren Ultraschallsignals ein zweites Messergebnis für die Ausfahrlänge bestimmt werden kann.

Durch ein Vergleichen der beiden Messergebnisse, d. h. der Zeitdauer, die das Ultraschallsignal von dem ersten zu dem zweiten Referenzpunkt benötigte, und der Zeitdauer, die das weitere Ultraschallsignal von dem Aussenden vom zweiten Referenzpunkt zu dem ersten Referenzpunkt benötigt, kann die Zuverlässigkeit der Messung abgeschätzt werden. Wenn beispielsweise beide Messergebnisse sich kaum oder nicht voneinander unterscheiden, kann davon ausgegangen werden, dass die ermittelte Ausfahrlänge richtig bestimmt wurde. Wenn sich jedoch beide Messergebnisse um mehr als einen Schwellenwert (z. B. um mehr als 5%, mehr als 10% oder mehr als 30 %) voneinander unterscheiden, ist höchstwahrscheinlich zumindest eine der Messungen nicht korrekt ausgeführt worden. Dementsprechend kann entweder der Mittelwert beider Messungen als die Ausfahrlänge genommen werden - besser wäre es aber die Messungen noch mal zu wiederholen. Alternativ kann, um eine möglichst hohe Sicherheit zu gewährleisten, die jeweils kleinste ermittelte Ausfahrlänge als Resultat genommen werden. Die Messung der Ausfahrlänge kann in jedem Fall als sicher bewertet werden, wenn eine der Messungen redundant ist und lediglich der Bestätigung des zuvor ermittelten Resultats dient.

Ausführungsbeispiele verwenden daher zwei Ultraschallschwinger (oder Ultraschallwandler) , die beide Signale senden und empfangen können. Der erste Schwinger sendet ein Signal aus, während der zweite Schwinger das Signal empfängt und daraus die Entfernung berechnet. Danach wird eine zweite Messung gestartet, wobei der erste Schwinger nun als Empfänger dient, während der zweite Schwinger als Sender betrieben wird. Optional kann das Empfangen des Signals von dem zweiten Schwinger als Triggersignal für das Initiieren der zweiten Messung dienen. Daraus entstehen dann wie gesagt zwei Messungen, die auf Plausibilität geprüft werden können bzw. getrennt ausgegeben werden können.

Beide Geräte haben optional eine eigene Signalauswertung, die jedoch vorteilhafterweise miteinander synchronisiert sind. Die Abstandswerte können beispielsweise über einen gemeinsamen CAN-Bus (CAN = Controller Area Network) mit getrennten Identifier (Id, Identifizierern) oder über getrennte Busverbindungen übertragen werden.

Ein technisches Problem bei der Messung mit Ultraschall ist der Einfluss der Temperatur auf das Messergebnis. So kann sich näherungsweise ein Fehler ergeben, der beispielsweise das Ergebnis um ca. 0,18%/°C verfälschen kann. Diese Ver- fälschung wird von der Temperaturabhängigkeit der Schallgeschwindigkeit verursacht. Um diesen Fehler weitestgehend zu kompensieren, nutzen Ausführungsbeispiele die folgenden zwei Möglichkeiten:

(1) In jedem der Sensoren werden Temperaturfühler eingebaut, womit die Temperaturen an den Sensorköpfen gemessen werden können. Die Schwankungen der Temperatur entlang der Messstrecke bleiben dabei allerdings unberücksichtigt. Außerdem haben die Temperatursensoren eine relativ hohe Zeitkonstante, die gerade bei Anwendungen im Außenbereich (mit schnell sich ändernden Temperaturen) eine Kompensation erschwert.

(2) Es werden direkte Referenzlaufzeitmessungen zur Kom- pensation durchgeführt. Beispielsweise wird ein kleiner Reflektor in der Nähe der jeweiligen Sensoren angebracht. Damit können die Sensoren, nachdem sie ein Ultraschallsignal zum gegenüberliegenden Schwinger gesendet haben, ein von dem Reflektor zurück geworfenes Signal selbst empfangen und auswerten. Da die Strecke zu dem Reflektor konstant ist (bis eben auf die besagten Temperaturschwankung) , kann die Laufzeit des Signals zur Kompensation des eigentlichen Abstandswerts verwendet werden. Dies bedeutet, dass eine Änderung der Laufzeitmessung zu dem Reflektor direkt in Verbindung steht mit einer thermisch bedingten Änderung der Schallgeschwindigkeit entlang der Referenzstrecke. Diese Methode verspricht ein besseres Ergebnis als bei der Möglichkeit (1) oben, kann jedoch nur bei genügendem Platzbedarf hinsichtlich der Referenzstrecken eingesetzt werden.

Ausführungsbeispiele schaffen somit einen Abstandssensor, der sowohl robust ist, als auch die Messaufgabe im Hinblick auf die Sicherheit zufrieden stellend löst.

Optional können zwei Auswerteeinheiten (für jeden Ultra- schallwandler eine Auswerteeinheit) vorgesehen werden oder aber auch nur eine Auswerteeinheit, wobei die eine Auswerteeinheit mit beiden Ultraschallwandlern gekoppelt ist. Die Kopplung kann beispielsweise durch eine Drahtverbindung hergestellt werden. Alternativ kann das Ultraschallsignal auch genutzt werden, um beispielsweise Daten zu übermitteln. So kann beispielsweise das Aussenden eines Ultraschallsignals zur Synchronisation genutzt werden, so dass die entsprechenden Zeitnehmer oder Timer im gleichen Zeittakt laufen. Optional kann auch der Zeitpunkt, des Aussen- dens mittels des Ultraschallsignals übertragen werden, so dass der gegenüberliegende Ultraschallwandler in der Lage ist, den Aussendezeitpunkt des Ultraschallsignals zu erfassen und daraus die Laufzeit zu bestimmen.

Optional ist ^• es ferner möglich, dass zunächst ein Ultraschallsignal von einem Ultraschallwandler ausgesandt wird, welches von dem anderen Ultraschallwandler empfangen wird und der gegenüberliegende Ultraschallwandler das zweite Ultraschallsignal nach einer vorbestimmten Zeitdauer (z. B. 0,2 Sekunden oder 0,3 Sekunden oder eine Sekunde) aussendet. Das zweite Ultraschallsignal wird wiederum von dem ersten Ultraschallwandler empfangen, der seinerseits dann aus der verstrichenen Zeit zwischen dem Aussenden des ersten Ultraschallsignals und dem Empfang des zweiten Ultraschallsignals und der Nutzung der Verzögerungszeit (=vorbestimmte Zeitdauer) , die der zweite Ultraschallwandler wartet, die Laufzeit des Signals misst.

Eine weitere Option besteht darin, dass während des Ausfah- rens der Maschinenteile (z. B. der Stützen) parallele Messungen fortlaufend durchgeführt werden (z. B. im Sekundentakt) , so dass beide Ultraschallwandler unabhängig voneinander Ultraschallsignale senden können. In einem solchen Szenario ist allerdings eine Synchronisation der beiden Ultraschallwandler sinnvoll, so dass beide Ultraschallwandler im gleichen Takt Ultraschallsignale senden.

Vorteile von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung umfassen somit zum einen die hohe Robustheit, da Ultraschallsignale verwendet werden, die weitestgehend robust hinsichtlich von Verschmutzungen und Feuchtigkeit oder schlechten Witterungsbedingungen auf Baustellen sind. Zum anderen wird die Sicherheit der Messung dadurch erhöht, dass zwei Ultraschallwandler genutzt werden, die parallele Messungen durchführen, die wiederum hinsichtlich der Redundanz untersucht werden können. Nur wenn eine der Messungen redundant ist, d. h. das gleiche Resultat liefern oder beide Messungen innerhalb einer Fehlertoleranz sind, kann der Messung vertraut werden.

Im Gegensatz zu den Längenmessungen aus dem Stand der Technik, wo die Laufzeit eines Signals nach einer Reflexion am Referenzpunkt gemessen wird, können Reflexionen bei Ausführungsbeispielen ignoriert werden. Reflexionen sind nämlich potentiell fehlerbehaftet, da nicht genau sichergestellt werden kann, woran die Signale reflektiert wurden (an einer Baumaschine gibt es viele potentielle Reflexions- punkte) . Bei Ausführungsbeispiele kann beispielweise immer die zuerst eintreffende Hauptwellenfront detektiert werden und nachfolgende Reflexionen können ignoriert werden. Damit ist gegenüber herkömmlichen Verfahren eine deutliche Erhöhung der Genauigkeit erreichbar.

Weitere Vorteile von Ausführungsbeispielen sind, dass das Ultraschallsignal gleichzeitig zur Signalübermittlung genutzt werden kann, wobei die Signalübermittlung zum einen der Synchronisation der beiden Ultraschallwandler dient und zum anderen für die Übermittlung von Messresultaten genutzt werden kann.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Darstellung eines Krans als ein mögliches

Anwendungsgebiet ;

Fig. 3 eine Darstellung einer ausfahrbaren Stütze mit zwei möglichen Referenzpunkten für Ultraschallwandler;

Fig. 4 eine schematische Darstellung von zwei Ultraschallwandlern mit Thermosensoren;

Fig. 5 eine schematische Darstellung von zwei Ultraschallwandlern mit zusätzlich angebrachten Re- flektoren zur Referenzmessung;

Fig. 6 eine Darstellung einer ausfahrbaren Stütze mit zwei alternativen Referenzpunkten.

Bevor im Folgenden die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert wird, wird darauf hingewiesen, dass gleiche Elemente in den Figuren mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen sind, und dass eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente weg gelassen wird.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung für ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem ein erster Ultraschallwandler 110 und ein zweiter Ultraschallwandler 120 sich in einem Abstand A voneinander befinden. Der erste Ultraschallwandler 110 sendet beispielsweise zu einem Zeitpunkt t _x ein erstes Ultraschallsignal Sl in Richtung des zweiten Ultraschallwandlers 120 aus. Der zweite Ultraschallwandler 120 empfängt beispielsweise das erste Ultraschallsignal Sl zu einem Zeitpunkt t± + Tl. Der zweite Ultraschallwandler 120 sendet daraufhin ein zweites Ultraschallsignal S2 in Richtung des ersten Ultraschall- wandlers 110, wobei beispielsweise das zweite Ultraschallsignal S2 zu einem Zeitpunkt t ₂ gesendet wird und von dem ersten Ultraschallwandler 110 zu einem Zeitpunkt t ₂ + T2 empfangen wird. Beispielsweise kann t ₂ so gewählt werden, dass nach Empfang des ersten Ultraschallsignals 110 eine feste Wartezeit (ti +Tl - t ₂ ) verstreicht, bevor das zweite Ultraschallsignal 120 ausgesendet wird. Somit wirkt der zweite Ultraschallwandler 120 als effektiv als ein zeitlich verzögerter Transponder.

Die Zeitpunkte können beispielsweise derart gewählt werden, dass der Zeitpunkt t ₂ größer ist als der Zeitpunkt ti (oder größer ist als ti+Tl), so dass eventuelle Reflexionen des ersten Ultraschallsignals Sl-. an Maschinenteilen oder anderen Reflexionsobjekten nicht mit dem zweiten Ultraschall- signal S2 interferieren können. Beispielsweise kann der erste Ultraschallwandler 110 ausgebildet sein, um das zweite Ultraschallsignal S2 erst in einem zeitlichen Mindestabstand von dem Aussenden des ersten Ultraschallsignals Sl zu empfangen, wobei der zeitliche Mindestabstand so gewählt sein kann, dass danach Reflexionen abgeklungen sind. Optional kann ferner das erste Ultraschallsignal Sl eine andere Frequenz aufweisen als das zweite Ultraschallsignal S2. Damit könnten dann parallele Messungen durchgeführt werden, ohne dass die Gefahr von Interferenzen oder von Verwechselungen mit reflektierten Signalen bestehen würde.

Weiterhin weist das Ausführungsbeispiel, wie in Fig. 1 gezeigt ist, eine Auswerteeinheit 130 auf, die beispielsweise mit dem ersten Ultraschallwandler 110 über eine elektrische Verbindung 113 verbunden und ausgebildet ist, um aus dem Zeitintervall (Tl+T2+t ₂ -ti) zwischen dem Senden des ersten Ultraschallsignals Sl und dem Empfangens des zweiten Ultraschallsignals S2 durch den ersten Ultraschallwandler 110 den Abstand A zu bestimmen. Zusätzlich kann aus der Zeitdauer T2, die das zweite Ultraschallsignal S2 benötigt, um vom zweiten Ultraschallwandler 120 zu dem ersten Ultraschallwandler 110 zu gelangen, der Abstand A bestimmt werden. Die entsprechenden Zeiten oder Zeitpunkte

(z. B. ti und t ₂ ) oder andere Informationen können dabei durch die Ultraschallsignale übermittelt werden.

Optional ist die Auswerteeinheit 130 mittels einer weiteren elektrischen Verbindung 123 ebenfalls mit dem zweiten Ultraschallwandler 120 verbunden (z. B. mit einem CAN-Bus) , so dass die Auswerteeinheit 130 ebenfalls aus einer Laufzeitmessung des ersten Ultraschallsignals Sl von dem ersten Ultraschallwandler 110 zu dem zweiten Ultraschallwandler 120 den Abstand A noch einmal zu bestimmen. Optional ist es ebenfalls möglich, dass sowohl der erste Ultraschallwandler 110 und der zweite Ultraschallwandler 120 jeweils eine Auswerteeinheit aufweisen, die aus den Laufzeitmessungen (für Tl und T2) den Abstand A bestimmen (in zwei unabhängigen Berechnungen) .

Sofern beide Messungen nur innerhalb einer Toleranzschwelle von beispielsweise ±1 % oder ±5 % oder ±10 % voneinander abweichen, kann die Auswerteeinheit 130 den gemessenen Abstand A als zuverlässig klassifizieren. Bei größeren Abweichungen kann die Auswerteeinheit 130 entweder beide gemessenen Abstände A ausgeben und/oder die Messung als unsicher klassifizieren, woraufhin beispielsweise eine erneute Messung durchgeführt wird.

Der erste und zweite Ultraschallwandler 110 und 120 sind elektrische Bauelemente, die Ultraschallsignal erzeugen und beispielsweise gerichtet mit einem Öffnungswinkel α ausstrahlen. Der Öffnungswinkel α des ersten und zweiten Ultraschallsignals Sl, S2 sind beispielsweise möglichst klein gewählt, so dass eine Streuung und Reflexion an benachbarten Maschinenteilen oder am Erdboden möglichst vermieden wird. Ferner sind der erste Ultraschallwandler 110 und der zweite Ultraschallwandler 120 beispielsweise ausgebildet, um jeweils das eigene Signal als auch das Signal des gegenüberliegenden Ultraschallwandlers zu erfassen.

Die Fig. 2 zeigt eine mögliche Anwendung der Vorrichtung zur Bestimmung einer Ausfahrlänge für einen mobilen Kran 200. Der mobile Kran 200, wie er in der Fig. 2 gezeigt ist, weist zwei ausfahrbare Maschinenteile 100a und 100b (Stützen) auf, wobei Ausführungsbeispiele genutzt werden, um die Ausfahrlänge L beispielsweise des ersten ausfahrbaren Maschinenteils 100a zu bestimmen. Die Ausfahrlänge L kann beispielsweise zwischen dem Mittelpunkt des Stempels 102 und der Fixierung 104 des ausfahrbaren Maschinenteils 100a an dem mobilen Kran 200 gemessen werden.

Ferner weist der mobile Kran 200 einen Ausleger 210, um Lasten zu heben. Die Ausfahrlänge L der Stützen 100 bestimmen nun wie weit der Ausleger 210 seitlich ausgefahren werden kann oder mit wie viel Last der Ausleger 210 belastet werden kann, ohne dass die Gefahr einer Instabilität auftritt.

Die Fig. 3 zeigt eine mögliche Anordnung von einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung an dem mobilen Kran 200, um die Ausfahrlänge L von dem ausfahrbaren Maschinenteil 100 zu bestimmen. Die Bestimmung erfolgt dabei mittels eines ersten Referenzpunkts Pl und eines zweiten Referenzpunkts P2, die akustisch koppelbar sind und den Abstand A aufweisen, der sich in Abhängigkeit der Ausfahrlänge L ändert. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist wie in der Fig. 1 beschrieben den ersten und einen zweiten Ultraschallwandler 110, 120 auf, die am ersten und zweiten Referenzpunkt Pl, P2 anbringbar sind, wobei der erste Ultraschallwandler 110 ausgebildet ist, um ein erstes Ultraschallsignal Sl zu senden und ein zweites Ultraschallsignal S2 zu empfangen und wobei der zweite Ultraschallwandler 120 ausgebildet ist, um das zweite Ultraschallsignal S2 zu senden und das erste Ultraschallsignal (Sl) zu empfangen. Ferner weist die Vorrichtung die Auswerteeinheit 130 (in der Fig. 3 nicht gezeigt), die ausgebildet ist, um die erste Laufzeit Tl zwischen Senden und Empfangen des ersten Ultraschallsignals Sl und die zweite Laufzeit T2 zwischen Senden und Empfangen des zweiten Ultraschallsig- nals S2 zu messen, um daraus die Ausfahrlänge L zu bestimmen .

Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Ausfahrlänge L zwischen der seitlichen Begrenzung 104 des mobilen Krans 200 und dem Mittelpunkt des Stempels 102 gemessen. Alternativ kann die Ausfahrlänge L auch bis zum am weitest gelegenen Punkt des Stempels 102 messen (oder einem anderen Punkt) . In jedem Fall besteht bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel eine Abhängigkeit zwischen der Ausfahrlänge L und dem Abstand A, wobei die Ausfahrlänge L mit abnehmendem Abstand A zunimmt, in der Art, dass die Summe von Abstand A und Ausfahrlänge L beispielsweise konstant bleibt. Andere funktionale Zusammenhänge sind jedoch ebenfalls möglich (siehe Fig. 6) .

Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann der erste und zweite Ultraschallwandler 110 und 120 vertauscht werden, so dass der zweite Ultraschallwandler 120 zunächst das zweite Ultraschallsignal S2 aussendet und der erste Ultraschallwandler 110 daran anschließend das erste Ultraschallsignal Sl sendet. Die Positionierungen der Ultraschallsensoren an den Referenzpunkten Pl, P2 können ebenfalls ausgetauscht sein.

Die Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem der erste Ultraschallwandler 110 einen ersten Thermosensor 115 aufweist, und bei dem der zweite Ultraschallwandler 120 einen zweiten Thermosensor 125 aufweist. Der erste Thermosensor 115 ist dabei ausgebildet, um eine Temperatur des ersten Ultraschallwandlers 110 oder eine Temperatur einer Umgebung des ersten Ultraschallwandlers 110 zu messen und der zweite Thermosensor 125 ist ausgebildet, um eine Tempe- ratur des zweiten Ultraschallwandlers oder eine Temperatur einer Umgebung des zweiten Ultraschallwandlers 120 zu messen. Mit Hilfe der gemessenen Temperaturen kann eine Korrektur vorgenommen werden, die den temperaturabhängigen Fehler bei der Abstandsmessung korrigiert.

Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Korrektur eines temperaturabhängigen Fehlers. Dazu ist in einem ersten Referenzabstand Rl von dem ersten Ultraschallwandler 110 ein erster Reflektor 117 angeordnet. Ferner ist in einem zweiten Referenzabstand R2 von dem zweiten Ultraschallwandler 120 ein zweiter Reflektor 127 angeordnet. Die Reflektoren dienen dabei Referenzmessungen, um beispielsweise Messfehler in Folge thermischer Schwankungen auszugleichen. Dabei wird das erste Ultraschallsignal Sl, welches von dem ersten Ultraschallwandler 110 in Richtung des zweiten Ultraschallwandlers 120 ausgesandt wird, von dem ersten Reflektor 117 reflektiert und an den ersten Ultraschallwandler 110 zurück gesendet. Der erste Ultraschallwandler 110 ist ausgebildet, um die Zeitdauer zwi- sehen dem Aussenden des ersten Ultraschallsignals Sl und dem Empfangen des reflektierten Signals SIr zu messen, um daraus eine Vergleichsmessung für den ersten Referenzabstand Rl durchzuführen. Da der Referenzabstand Rl des ersten Reflektors 117 einen ersten Sollwert von dem ersten Ultraschallwandler 110 aufweist, kann aus dem gemessenen Abstand und dem Verglei- chen mit dem Sollabstand bestimmt werden, wie weit thermische Schwankungen zu einer Verfälschung der Längenmessung mittels Zeitmessung zwischen Aussenden und Empfangen eines reflektierten Signals geführt haben.

In analoger Art weist der zweite Referenzabstand R2 des zweiten Reflektors 127 von dem zweiten Ultraschallwandler 120 einen zweiten Sollwert auf, wobei der zweite Reflektor 127 in Ausbreitungsrichtung des zweiten Ultraschallsignals S2 angeordnet ist. Wie zuvor beschrieben, kann somit auch für das zweite Ultraschallsignal S2 eine Referenzmessung durchgeführt werden, indem das zweite Ultraschallsignal S2 von dem zweiten Reflektor 127 reflektiert wird und ein zweites reflektiertes Signal S2r an den zweiten Ultraschallwandler 120 zurückgesandt wird. Dabei ist der zweite Ultraschallwandler 120 - ähnlich dem ersten Ultraschallwandler 110 - ausgebildet, um eine Zeitdauer zwischen dem Aussenden des zweiten Ultraschallsignals S2 und dem Empfangen des reflektierten zweiten Ultraschallsignals S2r zu messen, so dass der Referenzabstand R2 berechnet werden kann und mit dem bekannten zweiten Sollwert verglichen wird. Aus der Abweichung des zweiten Sollwerts von dem berechneten zweiten Referenzabstand R2 kann somit wiederum eine Abschätzung hinsichtlich der thermisch bedingten Fehlerrate vorgenommen werden.

Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel, welches in der Fig. 4 gezeigt ist, erlaubt das Ausführungsbeispiel in der Fig. 5 somit eine Temperaturmessung entlang der Strecke zwischen dem ersten Referenzpunkt Pl und dem zweiten Refe- renzpunkt P2. Es ist somit nicht nur die Temperatur an dem ersten Ultraschallwandler 110 und dem zweiten Ultraschallwandler 120 bekannt, sondern temperaturbedingte Fehlerraten können über den gesamten Abstand A berücksichtigt werden. Der erste Reflektor kann beispielsweise an dem ausfahrbaren Maschinenteil 100, wie er in der Fig. 3 gezeigt ist, angeordnet sein, wobei der zweite Reflektor 127 mit dem Rahmen des Krans 200 in einem vorbestimmten Abstand zu dem zweiten Referenzpunkt P2 angeordnet ist.

Um mögliche Interferenzen zwischen den verschiedenen Reflexionen zu minimieren, kann der erste Reflektor 117 derart ausgebildet sein, dass er bevorzugt das Ultraschallsignal Sl von dem ersten Ultraschallwandler 110 reflektiert und der zweite Reflektor 127 kann ausgebildet sein, um vorzugsweise das zweite Ultraschallsignal S2 von dem zweiten Ultraschallwandler zu reflektieren. Alternativ kann für die Referenzmessungen auch ein zeitliches Fenster erlaubt werden, so dass mögliche Reflexionen des ersten Ultraschallsignals Sl an dem zweiten Reflektor 127 außerhalb eines zu messenden Referenzfensters liegen. Ein Reflexionssignal SIr ist beispielsweise lediglich dann gültig, wenn es in einem zeitlichen Fenster ti+to±Δt liegt (wobei Δt die Breite des Fensters angibt und to aus dem Sollwert ermittelt wird) .

Alternativ ist es ferner möglich, den ersten Reflektor 117 derart anzuordnen, dass er zwar akustisch mit dem ersten Ultraschallwandler 110 gekoppelt ist, nicht jedoch akustisch mit dem zweiten Ultraschallwandler 120 gekoppelt ist. In analoger Weise kann der zweite Reflektor 127 derart an der Maschine angeordnet sein, dass er zwar mit dem zweiten Ultraschallwandler 120 akustisch gekoppelt ist, jedoch keine akustische Kopplung zu dem ersten Ultraschallwandler 110 aufweist.

Die Fig. 6 zeigt eine mögliche alternative Anordnung (im Vgl. zu Fig. 3) für den ersten und zweiten Ultraschallwand- ler 110, 120 an dem mobilen Kran 200. Bei dem gezeigten weiteren Ausführungsbeispiel wird die Ausfahrlänge L von dem ausfahrbaren Maschinenteil 100 dadurch bestimmt, dass der erste Referenzpunkt Pl fest mit dem Kran 200 verbunden ist, währenddessen der zweite Referenzpunkt P2 bei diesem Ausführungsbeispiel fest mit dem ausfahrbaren Maschinenteil 100 verbunden ist. Der erste Referenzpunkt Pl und der zweite Referenzpunkts P2, die wiederum akustisch gekoppelt sind, sind im Abstand A voneinander entfernt, wobei jetzt die Ausfahrlänge L mit zunehmendem Abstand A ebenfalls zunimmt.

Der erste Ultraschallwandler 110 sendet wiederum das erste Ultraschallsignal Sl aus und empfängt das zweite Ultraschallsignal S2, und der zweite Ultraschallwandler 120 sendet das zweite Ultraschallsignal S2 aus und empfängt das erste Ultraschallsignal Sl. Dazu kann der zweite Referenzpunkt P2 innerhalb des ausfahrbaren Maschinenteils 100 angeordnet sein, so dass sich das erste und zweite Ultraschallsignal Sl, S2 innerhalb des Maschinenteils 100 ausbreiten können. Das ausfahrbare Maschinenteil 100 sollte dazu eine Öffnung am hinteren Ende (d.h. dem zweiten Referenzpunkt P2 gegenüberliegenden Ende) aufweisen.

Ausführungsbeispiele können somit wie folgt zusammengefasst werden. Sie umfassen eine Vorrichtung zur Längenmessung, die sich insbesondere auch für Teleskopzylinder, Stützen oder Stempel eignet, und die aus mindestens zwei Ultra- schallwandlern 110, 120 besteht und eine dazugehörige Elektronik zum Senden und Empfangen von Ultraschallsignalen Sl, S2 zur Laufzeitmessung aufweist. In einer ersten Messung sendet ein Sensor 110 das Signal Sl aus und der gegenüberliegende Sensor 120 empfängt das Signal Sl, während in einer zweiten Messung der gleiche Abstand A von der anderen Seite gemessen wird, wobei der Sender 110 zum Empfänger und der Empfänger zum Sender wird. Somit senden und empfangen wechselseitig beide Ultraschallwandler.

Ferner stehen sich bei Ausführungsbeispielen die Sensoren gegenüber, wobei ein Sensor an einem festen Teil und der andere Sensor an einem beweglichen Teil befestigt sind. Bei weiteren Ausführungsbeispielen wird, wie oben bereits beschrieben, ein Ultraschallsignal Sl von einem Sender 110 ausgesendet, und dieses wird von dem zweiten Sender 120 aufgenommen und zurück reflektiert. Über die Ultraschallsignale Sl, S2 können sowohl Synchronisationen vorgenommen werden, als auch Abstandsinformationen übertragen werden, so dass eine Verkabelung des beweglichen Teils vereinfacht wird oder auch ganz entfallen kann.

Bei weiteren Ausführungsbeispielen weist jeder Sensor 110, 120 einen Temperatursensor 115, 125 zur Kompensation der Lufttemperatur auf. Alternativ dazu kann jeder Sensor 110, 120 zusätzlich zu dem Ultraschallsignal Sl, S2 des gegenüberliegenden Schwingers (Ultraschallwandler) aus seinem eigenen Echo, das von einem in einem festen Abstand Rl, R2 angebrachten Referenzfläche zurück geworfen wird, eine Temperaturinformation ableiten und das Hauptabstandssignal entsprechend kompensieren. Es werden somit mindestens zwei Abstandsmesswerte generiert, die auf ihre Plausibilität hin überprüft werden können. Sie sollten also nicht zu weit voneinander abweichen. Damit ist ein sicherer Betrieb unter allen Bedingungen gewährleistet.

Bei weiteren Ausführungsbeispielen sind die Sensoren 110, 120 derart angeordnet, dass sich der Abstand A zwischen dem ersten und zweiten Referenzpunkt Pl und P2 vergrößert, je weiter der Stempel oder das ausfahrbare Maschinenteil 100 eingefahren ist und somit die Ausfahrlänge L sich verkleinert.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel werden die zwei unterschiedlichen Messungen dazu benutzt, um systematische Einflüsse, die die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Ultraschallsignale beeinflussen, festzustellen. Wenn beispielsweise die Ultraschallsignale sich in einer Richtung schnel- ler ausbreiten als in der entgegengesetzten Richtung, dann werden die zwei unabhängigen Messungen zu systematisch unterschiedlichen Resultate führen. Beispielsweise können die Ultraschallsignale durch eine Bewegung des Ausbrei- tungsmediums systematisch beschleunigt oder abgebremst werden. Beispiele hierfür sind z.B. das Vorhandensein eines Windes, der dazu führt, dass das Ultraschallsignal sich bei Gegenwind langsamer ausbreitet als beispielsweise bei Rückenwind. Sofern der Wind nicht genau seitlich bläst, wird ein Wind immer zu systematischen Abweichungen führen. Andere negative Einflüsse, die die Ausbreitungsgeschwindigkeit systematisch verfälschen können, sind aber auch seitlich einfallender Regen oder Schnee oder auch Strömungen in einem flüssigen Medium, sofern die Abstandsmessungen in einer Flüssigkeit durchgeführt werden sollten.

Aus der systematischen Abweichung der beiden Signale ließe sich zunächst der Einfluss (z.B. die Windgeschwindigkeit oder die Windkomponente entlang der Ausbreitungsrichtung der Ultraschallsignale) feststellen und dann auch eliminieren. Um eine derartige Messung zuverlässig durchzuführen, könnte optional beispielsweise am Beginn oder auch in regelmäßigen Abständen eine Plausibilitätsuntersuchung durchgeführt werden. Die Plausibilitätsuntersuchung könnte beispielsweise wie folgt ablaufen. Zunächst wird ein Testsignal beispielsweise von dem ersten Ultraschallwandler 110 ausgesandt und der zweite Ultraschallwandler 120 empfängt das Testsignal. Danach wird in einem bestimmten Zeitab- schnitt ein zweites Testsignal von dem ersten Ultraschallwandler 110 ausgesandt, welches wiederum von dem zweiten Ultraschallwandler 120 empfangen wird. Da die bestimmte Zeit fest vorgegeben sein kann (z.B. im Abstand von einer Sekunde oder zwei Sekunden oder fünf Sekunden durchgeführt wird) , kann der zweite Ultraschallwandler aus dem Abstand der beiden empfangenen Signale nach Abzug der bestimmten Zeit feststellen, ob beide Messungen zueinander plausibel waren. Die Plausibilität würde beispielsweise vorliegen, wenn die beiden durch den zweiten Ultraschallwandler 120 empfangenen Signale ebenfalls mit einer gleichen zeitlichen Verzögerung ankommen, wie sie von dem ersten Ultraschallwandler ausgesandt worden sind bzw. die zeitliche Verzögerung innerhalb einer Toleranzbreite liegt. Die Schlussfol- gerung aus einer derartigen Plausibilitätsuntersuchung wäre, dass sowohl der Sender als auch der Timer ordnungsgemäß funktionieren.

In gleicher Weise könnte auch eine Plausibilitätsuntersuchung in der anderen Richtung durchgeführt werden, bei der der zweite Ultraschallwandler 120 zunächst ein erstes Testsignal und nach einer weiteren bestimmten Zeitdauer ein zweites Testsignal aussendet und der erste Ultraschallwand- ler ausgebildet ist, beide Testsignale zu empfangen und gleichzeitig die Zeitdifferenz zwischen den beiden Testsignalen festzustellen. Aus dieser zweiten Plausibilitätsuntersuchung könnte dann geschlussfolgert werden, sofern der Abstand der beiden empfangenen Testsignale durch den ersten Ultraschallwandler 110 sich von der weiteren bestimmten Zeitdauer nur um eine Toleranzbreite unterscheidet, dass der Sender in dem zweiten Ultraschallwandler 120 ordnungsgemäß funktioniert und ebenfalls der Timer in dem ersten Ultraschallwandler 110 keine Fehler aufweist. Ein Kriterium könnte beispielsweise sein, dass die bestimmte Zeitdauer und die zweite Differenz zwischen den beiden empfangenen Signalen sich lediglich um ein Prozent oder nicht mehr als fünf Prozent voneinander unterscheiden.

Nachdem die negativen Einflüsse (wie z.B. die Windeinflüsse) festgestellt wurden, können sie ebenfalls in einfacher Art und Weise eliminiert oder kompensiert werden. Beispielsweise würde eine Mittelung bei der Zeitmessung oder Entfernungsmessung dazu führen, dass der beschleunigende Effekt in der einen Richtung durch den bremsenden Effekt in der anderen Richtung kompensiert werden würde. Bei weiteren Ausführungsbeispielen wäre es ebenfalls möglich, beide Messungen gleichzeitig durchzuführen, so dass sich stark ändernde Wettereinflüsse sehr effizient kompensieren las- sen. Vorteile von Ausführungsbeispielen basieren vor allem auf die beiden unabhängigen Messungen, wie beispielsweise das Feststellen von systematischen Einflüssen, die die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Ultraschallsignale beeinflussen und somit zu falschen Resultaten führen.