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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Druckspeicher für ein Hydrauliksystem gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 mit einer Vorrichtung zur Erkennung eines Defektes einer Endlagendichtung des Druckspeichers sowie ein Verfahren zur Erkennung eines Defektes an einer Endlagendichtung für einen Druckspeicher.
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Speicher für Hydrauliksysteme werden beispielsweise in Fahrzeugen verwendet. Derartige Speicher stellen hierbei insbesondere bei einem Bremsvorgang sicher, dass ausreichend Hydraulikflüssigkeit zu den jeweiligen Bremseinrichtungen zuleitbar ist. Weiterhin dienen derartige Speicher zur Dämpfung von Schwingungen in Hydrauliksystemen. Die bekannten Speicher umfassen dabei einen ersten gasgefüllten, äußeren Raum und einen inneren Speicherraum für die Hydraulikflüssigkeit, welcher von dem äußeren Raum zumindest teilweise umgeben ist. Die beiden Räume sind dabei beispielsweise mittels eines Metallfaltenbalges voneinander getrennt. Bei einer Entleerung des inneren Speicherraumes wird der Metallfaltenbalg üblicherweise mittels einer Endlagendichtung abgestützt, um den inneren Speicherraum nicht vollständig zu entleeren und den Metallfaltenbalg hydraulisch gegen den hohen Gasvorspanndruck im äußeren Raum abzustützen. Dadurch wird eine Beschädigung des Metallfaltenbalgs verhindert.
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Wenn nun die Endlagendichtung defekt ist, kann der innere Speicherraum vollständig entleert werden und somit der hohe Gasvorspanndruck nicht mehr abgestützt werden. Dies kann insbesondere bei mehrfachem Auftreten zu einer Rissbildung im Metallfaltenbalg führen, sodass gasförmiges Medium in den Hydraulikkreis gelangen kann.
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Aus der
DE 100 18 189 A1 ist ein Druckmittelspeicher bekannt, welcher ein separates Sensorelement aufweist, um eine Bewegung eines Metallfaltenbalges zu erfassen. Dadurch kann anhand einer unregelmäßigen Bewegung beispielsweise eine Beschädigung des Metallfaltenbalgs detektiert werden. Eine derartige Sensoreinrichtung ist jedoch sehr aufwendig und teuer. Weiterhin muss hierfür ein separater Einbauraum am Speicher vorgesehen werden.
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Weiterhin zeigt die
DE 101 19 357 A1 einen Druckspeicher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Vorteile der Erfindung
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Ein erfindungsgemäßer Druckspeicher für ein Hydrauliksystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass der Druckspeicher eine Verschlusseinrichtung aufweist, welche zwischen dem inneren Speicherraum des Druckspeichers und einer Verbindungsleitung zum Hydrauliksystem angeordnet ist. Bei einer Entleerung des inneren Speicherraumes und einem Defekt, z. B. einem Riss o. ä., an einer Endlagendichtung des Druckspeichers verschließt die Verschlusseinrichtung den inneren Speicherraum gegen die Verbindungsleitung vollständig. Aufgrund dieses Verschließensist bei einer anschließenden Wiederbefüllung des Druckspeichers eine Druckspitze erfassbar, durch welche eine Beschädigung der Endlagendichtung erkennbar wird. Somit kann durch eine einfache Maßnahme sicher erkannt werden, wann eine Endlagendichtung defekt ist. Dadurch kann der Defekt am Druckspeicher erkannt werden, bevor es zu einer Beschädigung eines Medientrennelements zwischen dem gasgefüllten Druckraum und dem inneren Druckraum kommt und somit Gas durch das defekte Medientrennelement in das Hydrauliksystem gelangen kann. Die erfindungsgemäße Verschlusseinrichtung kann dabei besonders kostengünstig und einfach bereitgestellt werden und benötigt nur einen minimalen Bauraum. Weiterhin umfasst die Verschlusseinrichtung ein Verstemmelement, um eine Verbindung zwischen der Verbindungsleitung und dem Speicherraum mittels Verstemmen zu verschließen.
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Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Gegenstand.
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Vorzugsweise wird der beim Wiederbefüllen des inneren Speicherraums ein bei defekter Endlagendichtung auftretender Druckanstieg mittels eines im Hydrauliksystem schon vorhandenen Drucksensors erfasst. Es ist jedoch auch möglich, einen separaten Drucksensor vorzusehen, um eine autarke Vorrichtung zur Erkennung eines Defekts der Endlagendichtung bereitzustellen. Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann als separate Einrichtung zur Erkennung eines Druckanstieges beispielsweise auch eine Einrichtung zur Erfassung einer erhöhten Stromaufnahme einer Hydraulikpumpe verwendet werden, welche aufgrund der verschlossenen bzw. teilweise verschlossener Verbindungsleitung eine erhöhte Leistungsaufnahme aufweist.
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Besonders bevorzugt ist das Verstemmelement dabei als Kugel ausgebildet.
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Um ein besonders dichtes Verschließen der Verbindungsleitung zu erreichen, ist vorzugsweise eine Bypassleitung vorgesehen, welche zwischen der Verbindungsleitung und dem inneren Speicherraum angeordnet ist. Genauer ist die Bypassleitung derart angeordnet, dass sie parallel zum Verstemmelement verläuft und ausgehend vom inneren Speicherraum hinter der Endlagendichtung zwischen dem Verstemmelement und der Endlagendichtung einmündet. In der Bypassleitung ist eine Ventileinrichtung und/oder eine Drosseleinrichtung angeordnet, welche bei undichter Endlagendichtung eine praktisch vollständige Entleerung des inneren Speicherraumes ermöglicht. Dadurch kann der Verstemmvorgang noch sicherer durchgeführt werden. Die Ventileinrichtung ist vorzugsweise als Rückschlagventil ausgebildet, welches in Richtung des inneren Speicherraumes schließt.
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Gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erkennung eines Defektes an einer Endlagendichtung an einem Druckspeicher wird nach einem Entleeren eines inneren Speicherraums des Druckspeichers bei einer defekten Endlagendichtung eine Verbindung zwischen einer Verbindungsleitung zum Hydrauliksystem und dem Druckspeicher vollständig oder zumindest teilweise verschlossen, sodass bei einem Wiederbefüllen des Druckspeichers ein übermäßiger Druckanstieg im Hydrauliksystem messbar ist. Dabei kann die Verbindung zwischen der Verbindungsleitung und dem inneren Speicherraum auch derart verschlossen werden, dass sie nicht mehr reversibel ist und der innere Speicherraum nicht mehr aufgefüllt werden kann. Der übermäßige Druckanstieg wird durch Verschließen der Verbindungsleitung mittels Verstemmen erfassbar.
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Der erfindungsgemäße Druckspeicher und das erfindungsgemäße Verfahren werden besonders bevorzugt in Hydraulikkreisen von Fahrzeugen, insbesondere in Bremssystemen und dabei insbesondere bei elektrohydraulischen Bremssystemen verwendet.
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Durch die vorliegende Erfindung kann beispielsweise bei einem Wechsel der Bremsflüssigkeit, bei welcher der innere Speicherraum des Druckspeichers vollständig entleert wird, festgestellt werden, dass die Endlagendichtung des Druckspeichers defekt ist und dann gleichzeitig mit dem Bremsflüssigkeitswechsel auch ein Wechsel des Druckspeichers ausgeführt werden. Dadurch wird eine deutlich verbesserte Sicherheit hinsichtlich eines Gaseintrags in den Hydraulikkreis erreicht.
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Zeichnung
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung ist:
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1 eine schematische Querschnittsansicht eines Druckspeichers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in der normalen Betriebsstellung,
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2 eine schematische Schnittansicht des in 1 gezeigten Druckspeichers bei entleertem Speicher mit intakter Endlagendichtung,
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3 eine schematische Schnittansicht des in 1 gezeigten Druckspeichers bei entleertem Speicher und defekter Endlagendichtung,
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4 eine schematische Schnittansicht eines Druckspeichers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in normaler Betriebsstellung,
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5 eine schematische Schnittansicht des in 4 gezeigten Druckspeichers bei entleertem Speicher mit intakter Endlagendichtung, und
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6 eine schematische Schnittansicht des in 4 gezeigten Speichers bei entleertem Speicher mit defekter Endlagendichtung.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 ein Druckspeicher 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Wie in 1 gezeigt, umfasst der Druckspeicher 1 ein Gehäuse 2, in welchem ein äußerer, gasgefüllter Raum 3 und ein innerer, mit Hydraulikflüssigkeit gefüllter Speicherraum 4 ausgebildet sind. Der äußere Raum 3 ist vom inneren Speicherraum 4 durch einen Metallfaltenbalg 6 und einen Balgdeckel 7 voneinander getrennt. Der Druck im gasgefüllten äußeren Raum 3 beträgt zwischen 70 und 120 bar. Im Gehäuse 2 ist weiterhin eine Verbindungsleitung 5 angeordnet, welche eine Verbindung zwischen dem inneren Speicherraum 4 und einem Hydraulikkreis eines Fahrzeugs (nicht dargestellt) herstellt. An ihrem zum inneren Speicherraum 4 gerichteten Ende weist die Verbindungsleitung 5 einen Bereich 12 mit einem vergrößerten Durchmesser auf, sodass sich eine Stufenbohrung ergibt. Am äußersten Ende des Bereichs 12 mit vergrößertem Durchmesser ist ein Dichtsitz ausgebildet, welcher mit einer Endlagendichtung 9 in Kontakt bringbar ist, um bei einem entleerten inneren Speicherraum 4 den inneren Speicherraum 4 von dem Hydraulikkreis des Fahrzeugs abzudichten. Dies ist in 2 gezeigt. Dadurch verbleibt ein gewisser Rest an Hydraulikflüssigkeit im Speicherraum 4, sodass ein Druckgleichgewicht zwischen dem Raum 3 und dem Speicherraum 4 herrscht und der Metallfaltenbalg 6 nicht vollständig zusammengedrückt wird.
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Wie in 1 gezeigt, ist die Endlagendichtung 9 an einem Verschlusselement 8 angeordnet. Das Verschlusselement 8 weist im Wesentlichen eine zylindrische Gestalt auf und die Endlagendichtung 9 ist in einer umlaufenden Nut am Verschlusselement 8 eingebracht. An dem zur Verbindungsleitung 5 gerichteten Ende des Verschlusselements 8 ist eine Kugel 11 angeordnet, welche fest mit dem Verschlusselement 8 verbunden ist. Weiterhin ist an diesem Ende des Verschlusselements 8 ein Rückstellelement 10 in Form einer Spiralfeder angeordnet. Dabei ist am Verschlusselement 8 ein Federsitz in Form einer Stufe ausgebildet, sodass das Rückstellelement 10 auch die Kugel 11 umgibt (vgl. 1).
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Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Druckspeichers 1 ist dabei wie folgt: Im normalen Betriebszustand, wie in 1 dargestellt, hält das Verschlusselement aufgrund der Rückstellkraft des Rückstellelements 10 die Verbindung zwischen dem inneren Speicherraum 4 und dem Hydraulikkreis offen. Wenn nun während eines Bremsvorgangs im Hydraulikkreis zusätzliche Hydraulikflüssigkeit benötigt wird, kann diese aus dem inneren Speicherraum 4 über die Verbindungsleitung 5 in den Hydraulikkreis strömen. Der Druck im Hydrauliksystem kann dabei aufgrund des höheren Drucks im äußeren, gasgefüllten Raum 3 sowie dem flexibel beweglichen Metallfaltenbalg 6 aufrechterhalten werden. Nach Beendigung des Bremsvorgangs kann der Speicher mittels der Hydraulikpumpe des Bremssystems (nicht dargestellt) über die Verbindungsleitung 5 befüllt werden.
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Weiterhin gibt es während des Betriebes einen Zustand eines vollständig entleerten inneren Speicherraumes 4. Dies kann beispielsweise bei einem Hydraulikflüssigkeitswechsel auftreten oder in bestimmten, extrem selten auftretenden Fahrsituationen, in denen ein schachbrettartiges Muster von z. B. nassen und trockenen Fahrbahnabschnitten auftritt und ein sehr hoher Bedarf an Hydraulikflüssigkeit für die Bremsvorgänge notwendig ist. Eine derartige Situation eines entleerten inneren Speicherraums 4 ist in 2 dargestellt. Hierbei wird der innere Speicherraum 4 nicht vollständig entleert, sondern kurz vor der vollständigen Entleerung tritt die Endlagendichtung 9 mit dem inneren Dichtsitz am Bereich 12 mit vergrößertem Durchmesser in Kontakt und dichtet die Verbindung zwischen dem inneren Speicherraum 4 und der Verbindungsleitung 5 ab. Somit bleibt ein gewisser Betrag an Hydraulikflüssigkeit im inneren Speicherraum 4, welcher verhindert, dass der Metallfaltenbalg 6 aufgrund des hohen Druckes des äußeren Raums 3 zerstört wird. Wie hierbei aus 2 ersichtlich ist, wird das Verschlusselement 8 dabei durch den Balgdeckel 7 betätigt, um die Abdichtung durchzuführen. Wenn die extreme Bremssituation vorbei ist bzw. wenn bei einem Hydraulikflüssigkeitswechsel wieder Hydraulikflüssigkeit in den Hydraulikkreis eingebracht wird, wird die Endlagendichtung 9 wieder von dem Dichtsitz am Bereich 12 abgehoben und der innere Speicherraum 4 wird wieder mit Hydraulikflüssigkeit befüllt.
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Wenn nun bei einer defekten Endlagendichtung, wie in 3 dargestellt, eine Entleerung des inneren Speicherraums 4 auftritt, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass mittels der Kugel 11 eine Verstemmung an der Verbindungsleitung 5 erfolgt. Hierbei drückt der Balgdeckel 7 das Verschlusselement 8 vollständig in den Bereich 12, sodass die Kugel 11 in der Verbindungsleitung 5 verstemmt wird. Somit wird bei defekter Endlagendichtung 9 der innere Speicherraum 4 irreversibel verschlossen und somit einer Rissbildung im Metallfaltenbalg und damit einem Gaseintrag in den Hydraulikkreis vorgebeugt. Es wird somit ein mechanischer Schutz vor einer erneuten Speicherladung des inneren Speicherraums 4 bei defekter Endlagendichtung bereitgestellt. Dies wird erfindungsgemäß unabhängig von einem Steuergerät oder Sensoren ausgeführt, sodass eine besondere sichere Detektierung einer defekten Endlagendichtung möglich ist. Das erfindungsgemäße Verschlusselement 8 weist dabei nur einen sehr kleinen Bauraum auf und dadurch auch ein deutlich geringeres Gewicht als aus dem Stand der Technik bekannte Sensoreinrichtungen.
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Erfindungsgemäß wird somit ein Verschlussmechanismus betätigt, um eine defekte Endlagendichtung anzuzeigen und somit die Gefahr eines Gaseintrags durch Beschädigung des Medientrennelements anzuzeigen. Da die auf die Kugel 11 wirkende Fläche sehr viel kleiner als die am Balgdeckel 7 vorhandene Fläche ist, müsste ein Systemdruck im Hydraulikkreis um ein vielfaches höher sein, um die Verstemmung der Kugel 11 zu lösen, als der im äußeren Raum 3 herrschende Gasvorfülldruck.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 4 bis 6 ein Druckspeicher 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Dabei sind gleiche bzw. funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.
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Wie in den 4 bis 6 ersichtlich ist, entspricht das zweite Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist beim zweiten Ausführungsbeispiel jedoch eine Bypassleitung 13 vorgesehen, in welcher ein Rückschlagventil 14 angeordnet ist. Die Bypassleitung 13 stellt eine Verbindung zwischen der Verbindungsleitung 5 und dem Bereich 12 mit vergrößertem Durchmesser unterhalb der Endlagendichtung bereit. Hierbei verschließt das Rückschlagventil 14, ausgehend von der Verbindungsleitung 5 in Richtung des Bereichs 12.
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Im normalen Betrieb bei intakter Endlagendichtung 9 ergeben sich keine Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel ohne Bypassleitung. Die Endlagendichtung 9 dichtet wie im ersten Ausführungsbeispiel am Dichtsitz des Bereichs 12 mit vergrößertem Durchmesser ab (vgl. 4 und 5).
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Wenn, wie in 6 gezeigt, die Endlagendichtung 9 defekt ist und keine Abdichtung zwischen der Verbindungsleitung 5 und dem inneren Speicherraum 4 bereitstellen kann, wirkt die Bypassleitung 13 wie folgt: Bei defekter Endlagendichtung 9 wird das Verschlusselement 8 durch dem Balgdeckel 7 immer weiter in den Bereich 12 eingeführt, bis schließlich die Kugel 11 auf dem oberen Rand der Verbindungsleitung 5 aufsetzt und durch den Druck im äußeren Raum 3 in der Verbindungsleitung 5 verstemmt wird. Sobald die Kugel 11 etwas in der Verbindungsleitung 5 verstemmt ist, herrscht ein Druckgleichgewicht zwischen dem inneren Speicherraum 4, in welchem immer noch ein Rest an Hydraulikflüssigkeit vorhanden ist, und dem äußeren gasgefüllten Raum 3. Durch das Vorsehen der Bypassleitung 13 kann nun trotz der Unterbrechung der Verbindung zwischen der Verbindungsleitung 5 und dem inneren Speicherraum 4 die noch im inneren Speicherraum 4 vorhandene Resthydraulikflüssigkeit über die Bypassleitung 13 in die Leitung 5 gelangen. Dadurch drückt der Balgdeckel 7 weiterhin auf das Verschlusselement 8, sodass eine Verstemmung der Kugel 11 in der Verbindungsleitung 5 noch fester ausgeführt wird. Die Verstemmung wird dabei solange ausgeführt, bis der Balgdeckel 7 auf einem am Gehäuse 2 integral gebildeten Anschlag 15 aufliegt. Dadurch kann die Verstemmung der Kugel 11 in der Verbindungsleitung 5 noch sicherer ausgeführt werden.
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Wenn der innere Speicherraum 4 nach Entleerung wieder befüllt werden soll, verhindert dabei das Rückschlagventil 14, dass Hydraulikflüssigkeit über die Bypassleitung 13 in den inneren Speicherraum 4 strömt. Somit tritt bei dem Versuch des Befüllens des inneren Speicherraums 4 mit Hydraulikflüssigkeit eine deutlich erhöhte Druckspitze auf, welche den Hinweis auf eine defekte Endlagendichtung gibt. Diese Druckspitze kann beispielsweise mittels schon für andere Zwecke im Hydraulikkreis vorgesehener Drucksensoren erfasst werden oder es kann ein separater Drucksensor, beispielsweise in der Verbindungsleitung 5, vorgesehen werden, um einen Druckanstieg in der Verbindungsleitung 5 zu messen.
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Zu den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen sei angemerkt, dass bei einem Wiederbefüllen des inneren Speicherraums 4 auch bei einer evtl. unvollständig verstemmten Kugel 11 eine messbare Druckspitze auftritt. Weiterhin kann auch während des Betriebes bei Auftreten einer defekten Endlagendichtung und einem Verschluss der Verbindungsleitung 5 ein Fahrzeug weiter gefahrlos betrieben werden, auch wenn der innere Speicherraum 4 entleert ist, da die im Hydraulikkreis vorhandene Hydraulikflüssigkeit ausreicht, um mit dem Fahrzeug zur nächsten Werkstätte fahren zu können, ohne dass Sicherheitsrisiken vorliegen.
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Der erfindungsgemäße Druckspeicher 1 wird vorzugsweise in Fahrzeugen in Bremssystemen und dabei insbesondere in elektrohydraulischen Bremssystemen eingesetzt.
