DE102008009306A1

DE102008009306A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung und Lokalisierung einer Leckage in einer Druckluftleitung eines Druckluftsystems

Info

Publication number: DE102008009306A1
Application number: DE200810009306
Authority: DE
Inventors: Peter Dr.-Ing. Büttner; Michael Dr.-Ing. Kokes; Hartmut Dipl.-Ing. Raiser; Roland Dipl.-Ing. Strasser
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2008-02-15
Filing date: 2008-02-15
Publication date: 2008-09-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung und Lokalisierung einer Leckage (P) in einer Druckluftleitung (1) eines Druckluftsystems, insbesondere eines Bremssystems. Erfindungsgemäß werden in die Druckluftleitung (1) an einer ersten vorgebbaren Position ein erstes Mikrofon (M1) und an einer zweiten vorgebbaren Position ein zweites Mikrofon (M2) eingebracht, wobei anhand einer Laufzeitdifferenzmessung des Schalls von der Lackage (P) zum ersten Mikrofon (M1) und zum zweiten Mikrofon (M2) die Leckage (P) lokalisiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung und Lokalisierung einer Leckage in einer Druckluftleitung eines Druckluftsystems, insbesondere bei einem Kraftfahrzeug.
Aus der US 5 349 568 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung und Lokalisierung einer Leckage in einer Leitung bekannt. Dazu wird ein Mikrofon direkt in eine Leitung eines Fluids eingesetzt. Das Mikrofon weist ein Gehäuse auf, dessen eines Ende in die Leitung hineinragt und dessen entgegengesetztes Ende außerhalb der Leitung angeordnet ist. An dem Ende, welches in die Leitung ragt, ist eine Membran befestigt, an die ein akustischer Wandler angeschlossen ist. Der Wandler konvertiert ein akustisches Signal in ein elektrisches Signal. Weiterhin weist das Ende, welches in die Leitung hineinragt eine Vielzahl von Öffnungen auf. Die Öffnungen sind oberhalb und unterhalb der Membran angeordnet, wobei auf beiden Seiten der Membran ein gleicher Druck herrscht. Ein erstes Mikrofon ist an einer ersten festgelegten Position innerhalb der Leitung angeordnet, um Schall zu ermitteln. Ein zweites Mikrofon ist an einer zweiten Position innerhalb der Leitung angeordnet und ermittelt dort den Schall. Die in elektrische Signale gewandelten akustischen Signale werden über Filter einem Kreuzkorrelator zugeführt. Dieser lokalisiert anhand der elektrischen Signale an der ersten Position und der zweiten Position eine Leckage in der Leitung.
Zur Ortung von Leckagen in einer Druckluftleitung werden üblicherweise Ultraschall-Sensoren eingesetzt. Die Ultraschall-Sensoren können bereits Leckagen von kleiner 0.1 mm lokalisieren. Die Strömungsvorgänge der Druckluft an der Leckage sind dabei eine typische Schallquelle mit einer nicht hörbaren Frequenz. Um die Leckage zu lokalisieren, ist es daher erforderlich die Leitung abzugehen, wobei mittels des Ultraschall-Sensors die nicht hörbare, erfasste Frequenz in ein elektrisches und/oder akustisches Signal gewandelt wird, anhand dessen Änderung, insbesondere einer Erhöhung des Geräuschpegels die Leckage geortet werden kann.
Ein derartiges System ist im komplexen Druckluftsystem eines Nutzfahrzeugs nicht einsetzbar. Eine Lokalisierung von Leckagen im Druckluftsystem eines Nutzfahrzeugs ist bisher nicht bekannt. Lediglich anhand der so genannten Druckabfallmethode ist es möglich, einen betroffenen Druckluftzweig zu bestimmen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung und Lokalisierung einer Leckage in einer Druckluftleitung eines Druckluftsystems eines Kraftfahrzeuges anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass anhand einer Laufzeitdifferenzmessung des Schalls von der Leckage zu einem ersten, in der Druckluftleitung an einer ersten Position eingebrachten Mikrofon und zu einem zweiten, in der Druckluftleitung an einer zweiten vorgegebenen Position eingebrachten Mikrofon die Leckage in der Druckluftleitung lokalisiert wird.
Dazu ist das erste Mikrofon an einer ersten festgelegten Position innerhalb der Druckluftleitung angeordnet, um die von der Leckage abgehenden Schallwellen zu erfassen. Ein zweites Mikrofon ist an einer von der ersten Position beabstandeten, zweiten festgelegten Position innerhalb der Druckluftleitung angeordnet und ermittelt dort die von der Leckage abgehenden Schallwellen.
Dabei wird das jeweilige Mikrofon, welches ein Gehäuse aufweist, derart angeordnet, dass ein Ende des Gehäuses in die Druckluftleitung hineinragt und dessen entgegengesetztes Ende hinausragt. An dem Ende, welches in die Druckluftleitung ragt, ist eine Membran befestigt, an die ein akustischer Wandler angeschlossen ist.
Die von den Mikrofonen erfassten Schallsignale werden einer Auswerteeinheit zugeführt, die anhand der Laufzeitdifferenzmessung mittels einer Kreuz-Korrelation der erfassten Schallsignale die Leckage ortet. Insbesondere wird anhand der erfassten Laufzeiten wird mit Hilfe der Schallgeschwindigkeit eine Entfernung der Leckage zu den in der Druckluftleitung angeordneten Mikrofonen ermittelt.
Dabei können zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weitere Komponenten eingesetzt werden, welche beispielsweise ein vom jeweiligen Mikrofon erfasstes akustisches Signal, das Schallsignal, verstärken und gegebenenfalls digitalisieren.
In einer möglichen alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Ausbreitung eines Leckage-Geräuschs anhand von Körperschallausbreitung anstatt von Schalldruckausbreitung ermittelt. Hierzu werden die Mikrofone beispielsweise an der Wandung oder an einem Anschlussflansch der Druckluftleitung befestigt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 schematisch eine Darstellung eines Messprinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
2 schematisch eine Vorrichtung zur Aufbereitung von Messsignalen.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt einen Abschnitt einer Druckluftleitung 1 eines Druckluftsystems eines nicht näher dargestellten Kraftfahrzeuges. Die Druckluftleitung 1 ist beispielsweise Bestandteil eines Bremssystems.
An oder in der Druckluftleitung 1 wird ein erstes Mikrofon M1 an einer vorgebbaren Position angeordnet. Ein zweites Mikrofon M2 wird an einer weiteren vorgebbaren Position angeordnet, wobei ein Abstand L zwischen den Mikrofonen M1 und M2 vorgegeben, das heißt, bekannt ist. Die vermutete Leckage P befindet sich zwischen den an der Druckluftleitung 1 angeordneten Mikrofonen M1 und M2. Der Abstand L bildet hierbei die Summe eines jeweiligen Abstandes L1 und L2 der Mikrofone M1 und M2 zu der Leckage P.
Mittels der Mikrofone M1 und M2 wird ein entstehendes Geräusch, insbesondere ein Körperschall und/oder Schalldruckwellen, der Leckage P erfasst und bevorzugt digitalisiert. Die Schallsignale werden mit einer Abtastrate von 10 kHz, 25 kHz oder 100 kHz erfasst. Die einzelnen zeitlichen Verzögerungen dieser Abtastraten liegen bei 0.1 ms, 0.4 ms und 0.01 ms. Dabei wird die Genauigkeit einer Leckortung beispielsweise auf 3.4 cm, 1.3 cm und 0.34 cm beschränkt, wobei die Schallgeschwindigkeit von 344 m/s als Grundlage der Ermittlung dient.
Dabei bedeutet:

kHz:: Kilohertz
ms:: Millisekunde
m:: Meter
s:: Sekunde.

Zur Erfassung der von der Leckage P ausgehenden Schalldruckwellen sind die Mikrofone M1 und M2 in die Druckluftleitung 1 eingebracht. Die Mikrofone M1 und M2 umfassen hierzu beispielsweise ein nicht näher dargestelltes Gehäuse, wobei ein Ende des Gehäuses in die Druckluftleitung 1 hineinragt. Das entgegengesetzte Ende ist außerhalb der Druckluftleitung 1 angeordnet. Die Mikrofone M1 und M2 sind weitgehend fluid-, insbesondere druckluftdicht an der Druckluftleitung 1 befestigt, beispielsweise geflanscht, so dass eine Druckluft der Druckluftleitung 1 nicht entweichen kann.
An dem Ende des Gehäuses, welches in die Druckluftleitung 1 hineinragt ist eine Membran angeordnet. Das Gehäuse weist oberhalb und unterhalb der Membran beispielsweise Öffnungen auf, wobei oberhalb und unterhalb der Membran ein herrschender Druck ausgeglichen ist.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Ausbreitung des Leckage-Geräuschs anstelle der Schalldruckausbreitung anhand von Körperschallausbreitung ermittelt. Hierzu werden die Mikrofone M1, M2 beispielsweise an die Leitungswand oder an einem Anschlussflansch der Druckluftleitung 1 befestigt, um Körperschallsignale der Druckluftleitung 1 zu erfassen und mittels Laufzeitdifferenzmessung die Leckage P zu orten.
In 2 ist beispielhaft eine Vorrichtung zur Aufbereitung der aufgenommen Schallsignale der Mikrofone M1 und M2 sowie zur Ermittlung der Laufzeitdifferenz dargestellt.
Das Mikrofon M1 ist über eine drahtlose oder drahtgebundene Verbindung V1 an einen Vorverstärker 2 angeschlossen. Das Mikrofon M2 ist ebenfalls über eine drahtlose oder drahtgebundene Verbindung V2 an den Vorverstärker 2 angeschlossen. Mittels des Vorverstärkers 2 werden die eingehenden Schallsignale unabhängig voneinander vorverstärkt und jeweils über eine drahtlose oder drahtgebundene Verbindung V3 und V4 einem Oszilloskop 3 zugeführt. Auf dem Oszilloskop werden die Zeit abhängigen Amplituden der durch die Mikrofone M1 und M2 aufgenommenen Schallsignale dargestellt. Die Amplituden werden aufgezeichnet und einer Auswerteeinheit 4, z. B. einer Datenverarbeitungseinheit, insbesondere einem Personal Computer, zugeführt. Die Auswerteeinheit 4 erfasst und digitalisiert die Schallsignale und zeigt diese an.
Infolge von Reflexionen der Schallsignale innerhalb der Druckluftleitung 1 und an anderen Komponenten werden die aufgenommenen Schallsignale überlagert. Um die Überlagerung zu eliminieren, werden Bandpass-Filter eingesetzt, die die Störsignale unterdrücken. Dadurch wird ein Frequenzband erstellt, welches für ein Verfahren der Kreuz-Korrelation sowie der Auto-Korrelation verwendet werden kann. Die Kreuz-Korrelation untersucht die aufgenommenen Signale auf Ähnlichkeit, um aus den Signalen eine Laufzeitdifferenz Δt zu ermitteln.

1: Druckluftleitung
2: Vorverstärker
3: Oszilloskop
4: Auswerteeinheit
L: Abstand zwischen den Mikrofonen
L1: Abstand zwischen Leckage und M1
L2: Abstand zwischen Leckage und M2
P: Leckage
M1: Mikrofon
M2: Mikrofon
V1: drahtlose oder drahtgebundene Verbindung
V2: drahtlose oder drahtgebundene Verbindung
V3: drahtlose oder drahtgebundene Verbindung
V4: drahtlose oder drahtgebundene Verbindung
Δt: Laufzeitdifferenz

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 5349568 [0002]

Claims

Verfahren zur Ermittlung und Lokalisierung einer Leckage (P) in einer Druckluftleitung (1) eines Druckluftsystems, insbesondere eines Bremssystems, dadurch gekennzeichnet, dass in die Druckluftleitung (1) an einer ersten vorgebbaren Position ein erstes Mikrofon (M1) und an einer zweiten vorgebbaren Position ein zweites Mikrofon (M2) eingebracht werden, wobei anhand einer Laufzeitdifferenzmessung des Schalls von der Leckage (P) zum ersten Mikrofon (M1) und zum zweiten Mikrofon (M2) die Leckage (P) lokalisiert wird.
Vorrichtung zur Ermittlung und Lokalisierung einer Leckage (P) in einer Druckluftleitung (1) eines Druckluftsystems, insbesondere eines Bremssystems, dadurch gekennzeichnet, dass in die oder an die Wandung der Druckluftleitung (1) an einer ersten vorgebbaren Position ein erstes Mikrofon (M1) und an einer zweiten vorgebbaren Position ein zweites Mikrofon (M2) angeordnet sind, wobei anhand einer Laufzeitdifferenzmessung des Schalls von der Leckage (P) zum ersten Mikrofon (M1) und zum zweiten Mikrofon (M2) die Leckage (P) lokalisierbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der oder beide Mikrofone (M1, M2) an die Leitungswand oder an einem Anschlussflansch der Druckluftleitung 1 befestigt sind, um Körperschallsignale der Druckluftleitung 1 zu erfassen und mittels Laufzeitdifferenzmessung die Leckage P zu orten.