DE10305000A1

DE10305000A1 - Metallbalgdruckspeicher für hydraulische Systeme

Info

Publication number: DE10305000A1
Application number: DE2003105000
Authority: DE
Inventors: Frank Stubenrauch; Richard Dr. Käsler; Stefan Auen; Alexander Ing. Ruch
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 2003-02-07
Filing date: 2003-02-07
Publication date: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2023-02-08
Also published as: DE10305000B4

Abstract

Metallbalgdruckspeicher (1) für hydraulische Systeme wie Bremssysteme in Kraftfahrzeugen und dergleichen, mit einem Druckbehälter (2) mit zwei Kammern, einer Kammer (5) für das Druckgas und einer Kammer (6) für das hydraulische Fluid, wobei die Kammern durch einen Metallbalg (4) und einen daran angebrachten Boden (3) voneinander getrennt sind und der Druckbehälter mit einer Befüllöffnung (8) für das Druckgas und mit einem Durchlass (10) für das Fluid versehen ist und wobei der Metallbalgdruckspeicher (1) mit Mitteln (14, 15, 16) zur Erkennung von Fehlfunktionen versehen ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Verwendung von Metallbalgdruckspeichern findet dann statt, wenn eine Gasdiffusion zwischen den Kammern des Druckbehälters verhindert werden soll. Insofern sind die Metallbalgdruckspeicher den als Druckspeicher häufig verwendeten Membranspeichern überlegen. Die bei den Membranspeichern vorhandene elastische Membran kann ein Eindiffundieren von Gasen in die Hydraulikflüssigkeit nicht mit Sicherheit völlig verhindern. Die dann in der Hydraulikflüssigkeit sich bildenden Gasblasen können das Bremssystem erheblich beeinflussen.
Es werden deshalb Metallbalgdruckspeicher für Hydrauliksysteme verwendet, die insbesondere bei Bremssystemen für Kraftfahrzeuge Einsatz finden. Die Druckbehälter der Speicher sind mit zwei Kammern versehen und zwar mit einer Kammer für das Druckgas und einer Kammer für das hydraulische Fluid. Die Kammern sind durch den Metallbalg und einen daran angebrachten Boden voneinander getrennt. Der Druckbehälter ist mit einer Befüllöffnung für das Druckgas und mit einem Durchlass für das Fluid versehen.
Die Metallbalgdruckspeicher verhindern zwar eine Gasdiffusion, jedoch hat der Metallbalg eine eingeschränkte Elastizität bzw. Festigkeit. Der Metallbalg kann nur Druckdifferenzen von wenigen bar ertragen und ist deshalb vor Überlastungen zu schützen. Hierfür sind verschiedene Möglichkeiten in Gebrauch.

Durch die WO 97/46823 ist Metallbalgdruckspeicher bekannt geworden, bei dem im Fluiddurchlass ein Ventil vorgesehen ist, das bei einer vorgegebenen Endstellung des Metallbalgbodens ein Ausströmen der hydraulischen Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsraum unterbindet. Bei geschlossenem Ventil bleibt selbst dann, wenn das angeschlossene Hydrauliksystem druckluftlos werden sollte, im Ölraum des Speichers ein Druck aufrecht erhalten, der dem Druck im Gasraum entspricht. Nicht erkannt werden bei dieser Lösung jedoch eventuell kleinere Beschädigungen am Ventil bzw. am Metallbalg.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Metallbalgdruckspeicher so auszubilden, dass mögliche Beschädigungen desselben frühzeitig erkannt und behoben werden können, so dass ein Ausfall des Metallbalgdruckspeicher vermieden wird.

Die Lösung der gestellten Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Die Unteransprüche 2 bis 9 stellen vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens dar.

Bei einem Metallbalgdruckspeicher für hydraulische Systeme, wie Bremssysteme in Kraftfahrzeugen und dergl. mit einem Druckbehälter mit zwei Kammern, einer Kammer für das Druckgas und einer Kammer für das hydraulische Fluid, wobei die Kammern durch den Metallbalg und einen daran angebrachten Boden voneinander getrennt sind und der Druckbehälter mit einer Befüllöffnung für das Druckgas und mit einem Durchlass für das Fluid versehen ist, wird die Lösung der gestellten Aufgabe erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Metallbalgdruckspeicher mit Mitteln zur Erkennung von Fehlfunktionen versehen ist. Die Fehlfunktionen können am Metallbalg oder am Durchlass für das Fluid auftreten. Als Mittel für die Erkennung der Fehlfunktionen wird der Metallbalgdruckspeicher mit Messwertaufnehmern ausgestattet, welche mit einem Rechner verbunden werden. Die aufgenommenen Messwerte werden im Rechner verarbeitet und mit den Werten eines unbeschädigten Druckspeichers verglichen. Bei Abweichungen von den vorgegebenen Werten liegt eine Fehlfunktion vor. Da die Fehlfunktionen sowohl am Metallbalg als auch am Durchlass vorhanden sein können, ist es zweckmäßig, wenn mehrere Messwertaufnehmer eingesetzt werden, um alle möglichen Fehlfunktionen zu ermitteln. Denkbar ist aber auch, einzelne Teile des Metallbalgdruckspeichers so auszubilden, dass eine Beschädigung eher unwahrscheinlich ist und nur einen Messwertaufnehmer einzusetzen ist, dessen Messwert auf das Teil des Metallbalgdruckspeichers gerichtet ist, dass einer möglichen Beschädigung und damit Fehlfunktion unterliegen kann.

Um eine Fehlfunktion am Durchlassventil für das Fluid zu ermitteln, wird als Messwertaufnehmer ein Druckaufnehmer eingesetzt, welcher den Fluiddruck über der Zeit misst. Aus der Druckkurve während des Hubvorgangs beim Öffnen des Durchlasses bzw. beim Schließen des Durchlasses, können auf eine Beschädigung an der Durchlassöffnung Rückschlüsse gezogen werden. So findet beim Öffnen der Durchlassöffnung eines unbeschädigten Verschlusses eine scharfe Auslenkung der Druckkurve statt. Bei einer beschädigten Dichtung ist diese Abwinkelung der Druckkurve nicht vorhanden. Die Druckkurve zeigt vielmehr einen bogenförmigen Verlauf. Auch beim Schließverhalten können Abweichungen im Verlauf der Druckkurven bei einer unbeschädigten und einer beschädigten Durchlassöffnung ermittelt werden. Bei einer beschädigten Dichtung ist die Schließzeit der Dichtung deutlich länger als die bei einer unbeschädigten Dichtung. Es ist folglich möglich, durch den Einsatz eines Druckaufnehmers in der Fluidleitung und die Messung des Drucks im Zeitablauf mit Aufzeichnung der entstehenden Druckkurven eine Beschädigung an der Durchlassöffnung, eventuell an dem Ventilstößel, rechtzeitig zu erkennen und Abhilfe zu schaffen. Am veränderten Öffnungs- und Schließverhalten wird die defekte Dichtung erkannt.

Die Erkennung des Fehlverhaltens des Metallbalgs wird ebenfalls durch eine Druckmessung unter Einbeziehung einer Temperaturmessung des Druckgases durchgeführt. Hierfür ist der Metallbalgdruckspeicher mit einem Temperaturfühler für die Messung der Temperatur des Druckgases versehen. Die durch eine Temperaturabsenkung eintretende Absenkung des Ladedrucks wird als Messwert zur Erkennung des Fehlverhaltens des Metallbalgs benutzt.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

Es zeigt:

1 einen Metallbalgdruckspeicher teilweise im Längsschnitt mit den daran angeordneten Messwertaufnehmern- und dem Rechner;

2 ein vom Rechner ermitteltes Diagramm, welches das Öffnungs- und Schließverhalten an der Durchlassöffnung des Metallbalgdruckspeichers wiedergibt und

3 ein vom Rechner ermitteltes Diagramm, an dem eine plastische Verformung des Metallbalgs abgelesen werden kann.

Der in der 1 dargestellte Metallbalgdruckspeicher 1 ist für das Bremssystem eines Kraftfahrzeugs ausgelegt. Der Metallbalgdruckspeicher 1 besteht aus dem Druckbehälter 2, der in seinem Inneren durch den Boden 3 des Metallbalgs 4 in die Kammer 5 für das Druckgas und die Kammer 6 für das Fluid, hier ein Drucköl, aufgeteilt ist. Der Boden 3 ist an seinem Rand umlaufend mit einem Führungsring 7 versehen. Im oberen Teil des Druckbehälters 2 befindet sich die Einlassöffnung 8 für das Druckgas, die mit einer Schraube verschlossen ist. Im Boden 9 des Druckbehälters ist der Durchlass 10 für das Drucköl. Der Durchlass 10 ist an seinem der Kammer 6 zugewandten Ende mit einer Gummidichtung 11 ausgestattet, die von der Metallbuchse 12 in einer Ringnut im Boden 9 gehalten ist. Wenn der Boden 3 an der Dichtung 11 zur Anlage kommt, ist der Durchlass 10 für das Öl abgeschlossen.
Über die Pumpe 13 wird das Öl durch den Durchlass 10 in die Kammer 6 gefördert. Mit dem Durchlass 10 verbunden ist ein Druckfühler 14, der seinerseits mit dem Rechner 15 verbunden ist. An die Kammer 5 für das Druckgas ist ein Temperaturfühler 16 angeschlossen, der ebenso mit dem Rechner 15 verbunden ist. Die im Durchlass 10 befindliche Durchlassöffnung 20 wird vom Boden 3 des Metallbalgs 4 abgeschlossen, wenn der Druck in der Kammer 5 den Druck in der Kammer 6 übersteigt. Dabei kann ein Fehlverhalten an der Dichtung 11 eintreten.
Die Erkennung des Fehlverhaltens der Dichtung 11 kann anhand von durch den Rechner 15 ausgedruckten Diagrammen vorgenommen werden.
Die 2 zeigt ein solches Diagramm, bei dem der im Durchlass 10 gemessene Druck des Öls während des Öffnungs- und Schließvorgangs der Durchlassöffnung 20 aufgezeichnet ist. Die Inbetriebnahme der Pumpe 13 hat zur folge, dass der Druck P im Durchlass 10 sehr schnell ansteigt und zwar bis zu dem für den gegebenen Metallbalgdruckspeicher vorgegebenen Ladedruck P 0. Nach Erreichen des Ladedrucks P 0 gibt der Metallbalgboden 3 die Durchlassöffnung 20 frei und es findet ein scharfes Abknicken der Druckkurve 21 statt. Dieses scharfe Abknicken erfolgt jedoch nur dann, wenn die Dichtung 11 an der Durchlassöffnung 20 unbeschädigt ist. Bei einer beschädigten Dichtung 11 wird der Knick 22 der Druckkurve 21 durch den gestrichelt dargestellten Kurvenverlauf 23 ersetzt. Die Kurve 23 zeigt folglich eine Beschädigung an der Durchlassöffnung 20 an. dieser Vorgang findet bei einer Druckabsenkung im Durchlass 10 und einem Schließen der Durchlassöffnung 20 in umgekehrter Richtung ebenso statt, was auf der rechten Seite der 2 dargestellt ist. Bei einer beschädigten Dichtung 11 wird an der Kurve 21 kein scharfer Knick 22 auftreten, sondern es erfolgt ein Übergang gemäß der gestrichelten Kurve 23. Darüber hinaus kann festgestellt werden, dass der Ladedruck von P 0 zu P 1 sich abgesenkt hat. Der Metallbalgdruckspeicher 1 ist somit nicht mehr funktionsfähig.
Eine Beschädigung an der Dichtung 11 des Metallbalgdruckspeicher 1 kann im Zeitverlauf auch zu einer Beschädigung des Metallbalgs selbst führen. Um dieses zu erkennen, wird der im Durchlass 10 gemessene Druck P und die im Raum 5 herrschende Gastemperatur T gemessen und in Relation zur Vergrößerung des Gasvolumens gesetzt. Die 3 zeigt ein Beispiel. Bei einem Metallbalgdruckspeicher 1 mit einem eingestellten Ladedruck von 100 bar und einem Gasvolumen von 150 cm³ und einer Gastemperatur von 20°C findet mit steigendem Gasvolumen, hervorgerufen durch eine plastische Volumenänderung am Metallbalg 4 eine Verminderung des Ladedrucks statt. Solange die Änderung des Ladedrucks P 0 einen Wert von Δ P ≤ 2 bar nicht überschreitet, befindet sich die Balgverformung im elastischen Bereich. Die Änderung des Volumens beträgt dann im Beispiel maximal 5 cm³. Sobald die Druckänderung Δ P des Ladedrucks 2 bar übersteigt, ist eine Veränderung am Metallbalg detektierbar, die als plastische Veränderung bezeichnet werden kann. Die Volumenvergrößerung am Metallbalg ist dann größer als 5 cm³.
Wird der Metallbalgdruckspeicher 1 unter sehr hohen Temperaturdifferenzen eingesetzt, so kann ebenfalls eine elastische Verformung des Metallbalg 4 auftreten. Wenn beispielsweise der Metallbalgdruckspeicher 1 bei einem Druck von 150 bar und einer Temperatur von 120°C bei einem Füllvolumen von 150 cm³ auf minus 40°C gekühlt wird, so soll auch hier bei einer elastischen Verformung des Metallbalgs 4 die Druckänderung von Δ P ≤ 2 bar im Vergleich zum Sollwert bei gleichen Bedingungen ohne vorherige Abkühlung nicht überschritten werden. Dieses ist mit der punktierten Linie im Diagramm eingezeichnet. Sobald die punktierte Linie bei der Temperaturabsenkung zu einem Druckabfall Δ P über 2 bar führt, ist eine plastische Volumenänderung im Metallbalg 4 erfolgt und die Gasvolumenänderung hat die 5 cm³ überschritten.
Sobald der Metallbalg einer plastischen Volumenänderung unterworfen wurde, kann er nur noch eine begrenzte Anzahl von Vollhüben durchführen.

Claims

Metallbalgdruckspeicher (1) für hydraulische Systeme wie Bremssysteme in Kraftfahrzeugen und dergleichen, mit einem Druckbehälter (2) mit zwei Kammern, einer Kammer (5) für das Druckgas und einer Kammer (6) für das hydraulische Fluid, wobei die Kammern durch einen Metallbalg (4) und einen daran angebrachten Boden (3) voneinander getrennt sind und der Druckbehälter mit einer Befüllöffnung (8) für das Druckgas und mit einem Durchlass (10) für das Fluid versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallbalgdruckspeicher (1) mit Mitteln (14, 15, 16) zur Erkennung von Fehlfunktionen versehen ist.
Metallbalgdruckspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel aus an dem Metallbalgdruckspeicher (1) angeschlossenen Messwertaufnehmern (14, 16) bestehen, die mit einem Rechner (15) verbunden sind.
Metallbalgdruckspeicher nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Messwertaufnehmer ein Druckfühler (14) eingesetzt ist, der den Fluiddruck über der Zeit misst.
Metallbalgdruckspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck während des Hubvorgangs beim Öffnen der Durchlassöffnung (20) gemessen wird.
Metallbalgdruckspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck während des Hubvorgangs beim Schließen der Durchlassöffnung (20) gemessen wird.
Metallbalgdruckspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchlassöffnung (20) für das Fluid durch den Boden (3) des Metallbalgs (4) verschließbar ist.
Metallbalgdruckspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchlassöffnung (20) eine elastische Dichtung (11) enthält.
Metallbalgdruckspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallbalgdruckspeicher (1) mit einem Temperaturfühler (16) für die Messung der Temperatur des Druckgases versehen ist.
Metallbalgdruckspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung Δ P des Ladedrucks P 0 als Messwert zur Erkennung des Fehlverhaltens der Dichtung und des Metallbalgs (4) benutzt wird.