DE10192954B4

DE10192954B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Messung des Gasdruckes in Gasfeder- oder Gasspeicherkugeln

Info

Publication number: DE10192954B4
Application number: DE10192954T
Authority: DE
Inventors: Hans Heynen
Original assignee: HANS HEYNEN FA; HANS HEYNEN Firma
Current assignee: HANS HEYNEN FA; HANS HEYNEN Firma
Priority date: 2000-07-21
Filing date: 2001-07-20
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2021-07-21
Also published as: WO2002008612A1; DE10035944A1; AU2001278384A1; DE10192954D2

Abstract

Verfahren zur Messung des Gasdruckes in Gasfeder- oder Gasspeicherkugeln (1) im eingebauten Zustand eines Kraftfahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Gasdrucks der Temperaturdifferenzwert bei minimalem und maximalem Hydraulikpumpendruck herangezogen wird und der ermittelte Temperaturdifferenzwert mit einem Soll-Wert verglichen und eine vorhandene Abweichung angezeigt wird, wobei die Soll-Werte den ermittelten Werten einer vergleichbaren neuwertigen Gasfeder- oder Gasspeicherkugel (1) entsprechen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung des Gasdruckes in Gasfeder- oder Gasspeicherkugeln im eingebauten Zustand eines Kraftfahrzeugs 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 bevorzugt 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 beaufschlagt wird. Auf der gegenüberliegenden Seite wird hingegen die Membran mit einem Gasdruck beaufschlagt, sodass die Membran entsprechend den veränderlichen Druckverhältnissen 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 Federeigenschaften 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 gewährleisten. 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 zurückströmt, 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.
Aus der DE 36 09 701 ist ein Verfahren zu Überwachung der Gasmenge in einem hydropneumatischen Druckspeicher bekannt sowie eine Einrichtung zur Anwendung des Verfahrens. Hierbei wird in einem hydropneumatischen Druckspeicher die enthaltene Gasmenge durch Messung der Volumenzunahme in der Hydraulikflüssigkeit überwacht, die während eines bei einem bestimmten Mindestdruck einsetzenden Druckanstieg erfolgt. Es erfolgt eine Messung des Hydraulikdrucks und in Abhängigkeit davon die Volumenzunahme zu Erzeugung eines Signals bei nicht ausreichender Gasmenge. Bei allen betriebsmäßigen Umgebungstemperaturen wird zusätzlich die Temperatur der Umgebung und der Gasmenge erfasst und ein dem Verhältnis der Gastemperatur zum Mindestdruck proportionaler Richtwert für die Volumenzunahme ermittelt und die den Druckanstieg bewirkende Volumenzunahme mit diesem Richtwert verglichen.
Aus der DE 32 24 136 ist ferner ein Mess- und Überwachungssystem für Hydrospeicher bekannt, wobei ein Temperatursensor und ein Drucksensor zur Ermittlung der Messwerte eingesetzt werden. Die Sensoren liefern über einen Messwertverstärker zur Aufbereitung der Messwertsignale die vorhandenen Messwerte einem angeschlossenen Mikrocomputer zur weiteren Verarbeitung und digitalen Darstellung der Betriebskenngrößen des Hydrospeichers.
Die bekannten Messverfahren ermöglichen jedoch nicht eine Bestimmung des Gasdrucks einer Gasfeder- oder Gasspeicherkugel mit der erforderlich hohen Genauigkeit.
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 Gasdrucks der Temperaturdifferenzwert bei minimalen und maximalen Hydraulikpumpendruck herangezogen wird und der ermittelte Temperaturdifferenzwert mit einem Soll-Wert verglichen und eine vorhandene Abweichung angezeigt wird, wobei die Soll-Werte den ermittelten Werten einer vergleichbaren neuwertigen Gasfeder- oder Gasspeicherkugel entsprechen. 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 Gasspeicherkugeln im Fahrzeug eine Überprüfung vorgenommen werden, welche mit wenig Aufwand realisierbar ist und somit zu einer wesentlichen Kostenersparnis führt. Die Ermittlung der Ist-Werte wird bei minimalen und maximalen Hydraulikpumpendruck, entsprechend den beiden maximalen Positionen des Fahrzeuges, der niedrigsten und höchsten Position vorgenommen und ermöglicht eine Ermittlung der Temperatur Ist-Werte in den beiden jeweiligen extremen Positionen des Fahrzeugs in vorteilhafter Weise, wobei ein Vergleich der Ist- und Soll-Werte unter Zugrundelegung der für den Fahrzeug- und Kugeltyp ermittelten Vergleichswerte möglich ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, 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 Zustand erfolgt und die Temperaturdifferenz 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 Temperaturverluste 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 Auswerteeinheit 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 ermittelten 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 Hydraulikpumpe 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 Maximaltemperatur 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 Minimaltemperatur 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 Auswerteeinheit Anzeigen für Soll- und Ist- Druck, Tasten zur Anwahl des Kraftfahrzeugstyps, 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 gegenüber 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 Gasspeicherkugel 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 Einfüllstutzen 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 Kontaktthermometer 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 verschaffen 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

Verfahren zur Messung des Gasdruckes in Gasfeder- oder Gasspeicherkugeln (1) im eingebauten Zustand eines Kraftfahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Gasdrucks der Temperaturdifferenzwert bei minimalem und maximalem Hydraulikpumpendruck herangezogen wird und der ermittelte Temperaturdifferenzwert mit einem Soll-Wert verglichen und eine vorhandene Abweichung angezeigt wird, wobei die Soll-Werte den ermittelten Werten einer vergleichbaren neuwertigen Gasfeder- oder Gasspeicherkugel (1) entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 1, 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 Zustand erfolgt und die Temperaturdifferenz ermittelt und mit einem vorgegebenen Soll-Wert verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Temperaturdifferenzen sowohl in einer Druckerhöhungs- oder in einer Druckabsenkungsphase vorgenommen werden und eventuelle Temperaturverluste dadurch berücksichtigt werden, dass die jeweils gemessenen maximalen bzw. minimalen Temperaturwerte zugrundegelegt werden.
Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, zur Messung des Gasdruckes in Gasfeder- oder Gasspeicherkugeln (1) im eingebauten Zustand in einem Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturmessung mit einem Kontaktthermometer (11) erfolgt, welches ein Ausgangssignal in Form eines Strom- oder Spannungssignals an eine Auswerteeinheit (12) übermittelt.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperaturmessung auf der Oberfläche, innerhalb der Wandung (2) oder des Kugelvolumens der Gasfeder- oder Gasspeicherkugel (1) mit einem Temperatursensor erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (12) eine Anzeige für Soll- und Ist-Druck, Tasten zur Anwahl des Kraftfahrzeugtyps, Tasten zur Anwahl des Kugeltyps sowie weitere Tasten zur manuellen Korrektur der Soll-Drücke und Tasten zum Starten der Messung aufweist, wobei im Weiteren ein Drucker einen Protokollausdruck des ermittelten Druckes liefert.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Messwerte einer Rechnereinheit zugeführt werden, welche einen Vergleich mit den intern gespeicherten Soll-Werten vornimmt und vorhandene Abweichungen gegenüber den gespeicherten Soll-Werten protokolliert.