DE10035944A1 - Verfahren zur Messung des Gasdruckes in Gasfeder- oder Gasspeicherkugeln - Google Patents
Verfahren zur Messung des Gasdruckes in Gasfeder- oder GasspeicherkugelnInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung des Gasdruckes in Gasfeder- oder Gasspeicherkugeln 1, insbesondere im eingebauten Zustand eines Kraftfahrzeuges, sowie eine Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens. Zur Prüfungsvereinfachung der Gasfeder- oder Gasspeicherkugeln 1 wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass zur Ermittlung des Gasdruckes zumindest eine Temperaturmessung der Kugelhülle vorgenommen wird, dass der ermittelte Ist-Wert mit seinem Soll-Wert verglichen und eine vorhandene Abweichung angezeigt wird. Über die erfolgte Temperaturmessung der Kugelhülle unter Bezugnahme auf die gespeicherten Messdaten der verschiedenen Betriebszustände der Gasfeder- oder Gasspeicherkugeln 1 können somit in einfacher und nachvollziehbarer Weise Abweichungen von den Soll-Werten festgestellt werden. Der besondere Vorteil dieser Erfindung liegt darin, dass die Messung im eingebauten Fahrzeugzustand erfolgt und lediglich der vorhandene Hydraulikdruck im Fahrzeug verändert werden muss.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung des Gasdruckes in Gasfeder-
oder Gasspeicherkugeln, insbesondere im eingebauten Zustand eines Kraft
fahrzeugs sowie eine Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens.
Mit Gas gefüllte Gasfeder- oder Gasspeicherkugeln, welche zu meist aus Stahl
bestehen und mit Stickstoff gefüllt sind, dienen zur Abfederung und Ausgleich
von statischen Kräften, die im Fahrbetrieb auftreten. Diese Gasfederkugeln
werden von einigen Fahrzeugherstellern bevorzug zur Federung eingesetzt. Die
Federcharakteristik hängt hierbei im hohen Maße vom Gasfülldruck der
Gasfeder- oder Gasspeicherkugeln ab. Die Federcharakteristik wird über eine in
den Gasfeder- oder Gasspeicherkugeln eingebaute Membran beeinflusst, die
von einem Hydrauliksystem mit Hydrauliköl einseitig beaufschlag wird. Auf der
gegenüberliegenden Seite wird hingegen die Membran mit einem Gasdruck
beaufschlagt, sodass die Membran entsprechend den veränderlichen Druck
verhältnissen unterschiedliche Ausdehnung aufweisen kann. Durch Alterung
oder mechanische Beschädigung der Membran geht mit der Zeit ein Teil des
Gasdruckes verloren, sodass ab einem bestimmten minimalen Gasrestdruck
von beispielsweise 10 bis 20 bar bei entlastetem Hydrauliksystem die Federei
genschaften der Gasfederkugeln nachlassen und ein Austausch erforderlich
wird. Ähnliche mit Stickstoff gefüllte Gasspeicherkugeln mit einer Membran
werden beispielsweise als Hauptdruckspeicher in dem Hydrauliksystem
integriert und dienen bei Ausfall der Hydraulikpumpe für eine Übergangszeit als
Druckmittelreserve zur Erhaltung aller von der Hydraulikpumpe abhängigen
Funktionen, unter anderem auch die bereits aufgeführte Federeigenschaft
sowie Bremsen und Lenkung. Bei Fahrzeugen mit sogenannter Aktiv- oder
Hydroaktivfederung werden für jede der beiden Achsen ein oder mehrere
Gasfederkugeln sensorgesteuert eingesetzt, um ein starkes Eintauchen oder
eine starke Neigung des Fahrzeuges bei Bremsvorgängen oder Kurvenfahrt zu
verhindern und bei Normalfahrt einen hohen Federungskomfort zu gewährleis
ten. Auf Grund des eintretenden Verschleißes der Membrane ist es daher
erforderlich die Gasfeder- oder Gasspeicherkugeln in regelmäßigen Abständen
zur prüfen. Ein einfaches Prüfsystem ohne Ausbau der vorgenannten Kugeln
existiert jedoch nicht, sodass der Fahrer bzw. die Werkstatt nur auf unpräzise
Kriterien, wie beispielsweise Beobachtung und Beurteilung der Feder- oder
Fahreigenschaften des Fahrzeuges, ausweichen muss.
Zur indirekten Messung des Gasdruckes schlägt beispielsweise die NL 91 00 982
eine Prüfung in der Art vor, dass als Maß für den Gasdruck in den
Gasfeder- oder Gasspeicherkugeln die Menge an Hydrauliköl herangezogen
wird, die zwischen den beiden extremen Positionen des Fahrzeugs zurück
strömt, dass heißt in der tiefsten oder höchsten Position des Fahrzeugs. Eine
entsprechende Mess- und Anzeigevorrichtung zeigt diese Hydraulikölmenge als
Maß für den Gasdruck in der Kugel an. Hierbei ist es jedoch erforderlich, dass
für diese Art der Messung das Federsystem des Fahrzeuges einseitig durch
eine Fahrzeughebeeinrichtung entlastet werden muss. Dieses System hat sich
daher auf Grund des notwendigen Aufwandes in der Praxis nicht durchsetzen
können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Messung des
Gasdruckes in Gasfeder- oder Gasspeicherkugeln sowie eine Vorrichtung zur
Ausübung des Verfahren aufzuzeigen, mit welchem eine einfache Messung im
eingebauten Zustand der Gaskugeln ermöglicht wird.
Erfindungsgemäß ist zur Lösung der Aufgabe vorgesehen, dass zur Ermittlung
des Gasdruckes zumindest eine Temperaturmessung der Kugelhülle vorge
nommen wird, dass der ermittelte Ist-Wert mit einem Soll-Wert verglichen und
eine vorhandene Abweichung angezeigt wird. Das hier vorgeschlagene
Prüfsystem basiert auf der naturwissenschaftlichen Erkenntnis, dass bei der
Verdichtung von Gasen, beispielsweise Stickstoff, Wärme frei wird, die die
Federkugelhülle um eine bestimmte Temperaturdifferenz erwärmt. Die
Temperaturdifferenz ist von der Anzahl der Stickstoffmoleküle bei entspannter
Membran, beispielsweise wenn das Fahrzeug sich ganz unten befindet bzw. ein
atmosphärischer Hydraulikdruck vorliegt und einem bestimmten Anfangsdruck
des Gases bei definiertem Kugelvolumen abhängig. Vom Enddruck jedoch ist
diese Temperaturdifferenz unabhängig, weil der Enddruck bei jeder Fahrzeug-
Kugel-Kombination gleich ist und dem vorgegebenen Abschaltdruck des
Hydrauliksystems entspricht. Aus diesem Grunde kann durch eine einfache
Temperaturmessung im eingebauten Zustand der Gasfeder- oder Gasspeicher
kugeln im Fahrzeug eine Überprüfung vorgenommen werden, welche mit wenig
Aufwand realisierbar ist und somit zu einer wesentlichen Kostenersparnis führt.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ermittlung der Ist-
Werte bei minimalen und maximalen Hydraulikpumpendruck, entsprechend den
beiden maximalen Positionen des Fahrzeuges, der niedrigsten und höchsten
Position vorgenommen wird. Die Ermittlung der Temperatur Ist-Werte in den
beiden jeweiligen extremen Positionen des Fahrzeugs ermöglichen in vorteilhaf
ter Weise ein Vergleich der Ist- und Soll-Werte unter Zugrundelegung der für
den Fahrzeug- und Kugeltyp ermittelten Vergleichswerte.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine erste
Messung im drucklosen Zustand und eine zweite Messung im druckbeauf
schlagtem Zustand erfolgt oder dass eine erste Messung zunächst im druckbe
aufschlagten und anschließend im druckfreien Zustand erfolgt und die Tempe
raturdifferenz ermittelt und mit einem vorgegebenen Soll-Wert verglichen wird.
Eine besonders zuverlässige und genaue Messmethode ergibt sich dadurch,
dass eine Temperaturdifferenzmessung der Kugelhülle im drucklosen und im
druckbeaufschlagten Zustand erfolgt. Hierbei hat sich gezeigt, dass die
festzustellende Temperaturerhöhung im druckbeaufschlagten Zustand bereits in
relativ kurzer Zeit, von beispielsweise 60 Sekunden erfolgt. Die sich ergebenen
Temperaturdifferenzwerte können im Weiteren mit aufgenommenen Soll-
Werten der betreffenden vergleichbaren Gasfeder- oder Gasspeicherkugeln
verglichen werden, wobei die Soll-Werte den Ausführungen einer neuwertigen
Membran entsprechen und ein Kriterium für eine eventuelle Nachfüllung des
Gases oder einen vorzunehmenden Austausch der Kugeln bieten.
In weiterer besonderer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die
Ermittlung der Temperaturdifferenzen sowohl in einer Druckerhöhungs- oder in
einer Druckabsenkungsphase vorgenommen werden und eventuelle Tempera
turverluste dadurch berücksichtigt werden, dass die jeweils gemessenen
maximalen bzw. minimalen Temperaturwerte zugrundegelegt werden.
Zur Anwendung des Verfahrens ist in weiterer Ausgestaltung vorgesehen, dass
die Temperaturmessung mit einem Kontaktthermometer erfolgt, welches ein
Ausgangssignal in Form eines Strom- oder Spannungssignal an eine Auswer
teeinheit übermittelt. Ein Kontaktthermometer hat sich als das geeignete Mittel
erwiesen, um die Temperatur der Gasfeder- oder Gasspeicherkugeln innerhalb
kürzester Zeit aufzunehmen und in Form eines Strom- oder Spannungssignals
an eine Auswerteeinheit zu übermitteln. Die Auswerteeinheit kann im Weiteren
einen direkten Vergleich mit den für eine bestimmte Fahrzeugkugelkombination
ermittelten Werte vornehmen, welche beispielsweise auf Grund von einer
Versuchsreihe ermittelten Temperaturdifferenzwerte in Abhängigkeit des
Stickstoffdruckes vorliegt. Eine Temperaturmessung erfolgt hierbei unmittelbar
auf der Oberfläche der Gasfeder- oder Gasspeicherkugeln wobei in weiterer
Ausgestaltung vorgesehen sein kann, dass ein Messfühler ebenso innerhalb
des Kugelvolumens oder der Wandung angeordnet sein kann.
In der Praxis hat sich gezeigt, dass die mit einem Kontaktthermometer
gemessenen Temperaturdifferenzen an der Oberfläche der Gasfederkugel
zwischen den beiden extremen Positionen des Fahrzeugs nach einer ermittel
ten Funktion proportional dem Stickstoffdruck in der Kugel ist. Hierzu gibt es
zwei prinzipielle Vorgehensweisen. Zunächst wird vor Beginn der Messung das
Hydrauliksystem drucklos geschaltet, sodass das Fahrzeug in die tiefste
Position verlagert wird und die Oberflächentemperatur als Minimumtemperatur
zum ersten Male gemessen wird. Danach wird das Fahrzeug mit der Hydraulik
pumpe in die gewünschte Position gebracht und mit dem Kontaktthermometer
die maximale Temperatur ermittelt. Alternativ besteht die Möglichkeit, dass das
Fahrzeug zunächst in die höchste Position verlagert wird, um die Maximaltem
peratur zu messen. Danach wird das Hydrauliksystem drucklos geschaltet und
das Fahrzeug in die tiefste Position herabgelassen, wobei auf Grund der
Expansion des Stickstoffes die Kugeloberfläche abkühlt und die Minimaltempe
ratur gemessen werden kann. In beiden Fällen können im Weiteren die
Temperaturdifferenzen ermittelt und mit früher erfassten Messwerten, welche in
Form einer gespeicherten Tabelle vorhanden sind, verglichen werden. In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist hierbei vorgesehen, dass die Auswer
teeinheit Anzeigen für Soll- und Ist-Druck, Tasten zur Anwahl des Kraftfahr
zeugstyps, Tasten zur Anwahl des Kugeltyps sowie weitere Tasten zur
manuellen Korrektur der Soll-Drücke und Tasten zum Starten der Messung
aufweist, wobei ein Drucker ein Protokollausdruck des ermittelten Druckes
liefern kann. Alternativ besteht die Möglichkeit, dass die ermittelten Messwerte
einer Rechnereinheit zugeführt werden, welche ein Vergleich mit den intern
gespeicherten Soll-Werten vornimmt und vorhandene Abweichungen gegen
über den gespeicherten Soll-Werten protokolliert.
Die Gestaltung der Gasfeder- oder Gasspeicherkugeln sowie die Anbringung
der Vorrichtung zur Messung des Gasdruckes wird im Weiteren an hand der
Figur näher erläutert.
Die Figur zeigt in zwei geschnittenen Ansichten eine Gasfeder- oder Gasspei
cherkugel 1, welche einen nahezu kugelförmigen Querschnitt aufweist. Die
Wandung 2 des Kugelbehälters besteht aus Metall, wobei am untern Ende eine
Öffnung 3 für einen Hydraulikanschluss und am oberen Ende eine Öffnung 4
zum Einfüllen des Stickstoffs vorgesehen ist. In die Öffnung 4 ist ein Einfüllstut
zen 5 eingesetzt, durch welchen der Stickstoff eingefüllt werden kann. Die
Gasfeder- oder Gasspeicherkugel 1 ist im Weiteren in zwei Teilvolumen 7, 8
durch eine Membran 9 unterteilt. Die Membran 9 ist an der oberen Hälfte
unterhalb des Einfüllstutzens 5 mit Hilfe eines Blechtellers 10 befestigt und liegt
bei Druckbeaufschlagung an der inneren Kugelwandung an. In die untere
Öffnung ist abdichtend ein Öldruckanschluss 6 eingeschraubt, durch welchen
ein Druckmittel, beispielsweise Hydrauliköl, in das Kugelvolumen einströmen
kann. Sofern der Öldruck höher als der Druck des gasgefüllten Bereiches der
Gasfeder- oder Gasspeicherkugeln 1 sein sollte, wird die Membran 9 in
Richtung auf den Einfüllstutzen 5 gedrückt, während sich die untere Hälfte der
Gasfeder- oder Gasspeicherkugel 1 mit Hydrauliköl füllt. Im Normalfall ist das
Volumen der Gasfeder- oder Gasspeicherkugel 1 jeweils annähernd zur Hälfte
mit Gas bzw. Hydrauliköl gefüllt, wobei die Membran 9 zur Trennung der beiden
Medien eingesetzt wird. Bei entsprechender Öldruckerhöhung findet im
Weiteren eine Komprimierung des Stickstoffgases statt, wobei der Gasdruck als
elastischer Federspeicher ausgenutzt wird. Alternativ besteht die Möglichkeit
die Kugel als Gasspeicherkugel einzusetzen, um im Falle eines Druckverlustes
für eine gewisse Zeit einen Druck im Hydrauliksystem aufrecht zu erhalten.
Auf der Oberfläche der Gasfeder- oder Gasspeicherkugeln 1 ist ein Kontakt
thermometer 11 angeordnet, welches mit einer Auswerteeinheit 12 zur
Erfassung der Ist-Werte verbunden ist. Mit gespeicherten Daten kann im
Weiteren ein Vergleich vorgenommen werden und eventuelle Abweichungen
zur Anzeige gebracht werden, sodass die Werkstatt sich jederzeit einen
Überblick über den Zustand der Gasfeder- oder Gasspeicherkugeln 1 verschaf
fen kann.
1
Gasfeder- oder Gasspeicherkugeln
2
Wandung
3
Öffnung
4
Öffnung
5
Einfüllstutzen
6
Öldruckanschluss
7
Teilvolumen
8
Teilvolumen
9
Membran
10
Blechteller
11
Kontaktthermometer
12
Auswerteeinheit
Claims (8)
1. Verfahren zur Messung des Gasdruckes in Gasfeder- oder Gasspeicher
kugeln (1), insbesondere im eingebauten Zustand eines Kraftfahrzeuges,
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Ermittlung des Gasdrucks zumindest eine Temperaturmessung
der Kugelhülle vorgenommen wird, dass der ermittelte Ist-Wert mit einem
Soll-Wert verglichen und eine vorhandene Abweichung angezeigt wird.
2. Verfahren zur Messung des Gasdruckes in Gasfeder- oder Gasspeicher
kugeln (1), insbesondere im eingebauten Zustand eines Kraftfahrzeuges,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ermittlung der Ist-Werte bei minimalen und maximalen Hydraulik
pumpendruck, entsprechend den beiden maximalen Positionen des Fahr
zeuges, entsprechend der niedrigsten und höchsten Position, gemessen
und ausgewertet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine erste Messung im drucklosen Zustand und eine zweite Messung
im druckbeaufschlagtem Zustand erfolgt oder dass eine erste Messung
zunächst im druckbeaufschlagten und anschließend im druckfreien Zu
stand erfolgt und die Temperaturdifferenz ermittelt und mit einem vorge
gebenen Soll-Wert verglichen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ermittlung der Temperaturdifferenzen sowohl in einer Druckerhö
hungs- oder in einer Druckabsenkungsphase vorgenommen werden und
eventuelle Temperaturverluste dadurch berücksichtigt werden, dass die
jeweils gemessenen maximalen bzw. minimalen Temperaturwerte zugrun
degelegt werden.
5. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 4, zur Messung des Gasdruckes in Gasfeder- oder Gas
speicherkugeln (1), insbesondere im eingebauten Zustand in einem Kraft
fahrzeug,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Temperaturmessung mit einem Kontaktthermometer (11) erfolgt,
welches ein Ausgangssignal in Form eines Strom- oder Spannungssignal
an eine Auswerteeinheit (12) übermittelt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Temperaturmessung auf der Oberfläche, innerhalb der Wan
dung (2) oder des Kugelvolumens der Gasfeder- oder Gasspeicherkugel
(1) mit einem Temperatursensor erfolgt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Auswerteeinheit (12) eine Anzeige für Soll- und Ist-Druck, Tasten
zur Anwahl des Kraftfahrzeugtyps, Tasten zur Anwahl des Kugeltyps so
wie weitere Tasten zur manuellen Korrektur der Soll-Drücke und Tasten
zum Starten der Messung aufweist, wobei im Weiteren ein Drucker ein
Protokollausdruck des ermittelten Druckes liefert.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5, 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die ermittelten Messwerte einer Rechnereinheit zugeführt werden,
welche ein Vergleich mit den intern gespeicherten Soll-Werten vornimmt
und vorhandene Abweichungen gegenüber den gespeicherten Soll-
Werten protokolliert.
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