DE102009024441A1

DE102009024441A1 - Verfahren zur Entlüftung eines Hydrauliksystems in einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE102009024441A1
Application number: DE102009024441A
Authority: DE
Inventors: Christian van Dorsten; Werner Schiek; Kai Teneta
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2009-06-10
Filing date: 2009-06-10
Publication date: 2010-12-16

Abstract

Ein Verfahren zur Entlüftung eines geschlossenen Hydrauliksystems, wobei das Hydrauliksystem einen Geberzylinder (1) aufweist, der vermittels eines Hydraulikfluids (5) einen Nehmerzylinder (2) rücklauflos ansteuert, umfasst die Schritte - erstens Druckbeaufschlagung des Hydraulikfluids; - zweitens Aufprägen einer niederfrequenten Schwingung auf das Hydraulikfluid; - drittens Ablassen der im Hydraulikfluid aufsteigenden Luftblasen an der höchstgelegenen Stelle des Hydrauliksystems sowie - gegebenenfalls Wiederholung der Schritte eins bis drei.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entlüftung eines Hydrauliksystems in einem Fahrzeug.
Hydrauliksysteme werden zur Übertragung von Signalen, Kräften bzw. Energie zwischen verschiedenen Komponenten vermittels eines Hydraulikfluids eingesetzt. Dabei ist üblicherweise ein Geberzylinder vorgesehen, zur Ansteuerung eines Nehmerzylinders durch eine die Komponenten verbindende und mit Hydraulikfluid gefüllte Leitung oder Schlauch. Wenn ein derartiges Hydrauliksystem erstmals in Betrieb genommen wird, muss die im Hydrauliksystem, insbesondere in der Leitung bzw. im Schlauch, vorhandene Luft verdrängt und durch das Hydraulikfluid ersetzt werden. Das gleiche gilt im Wartungs- oder Reparaturfall eines derartigen Hydrauliksystems. Die vorhandene Luft muss dabei möglichst vollständig aus dem Hydrauliksystem entfernt werden, weil die Luft eine wesentlich höhere Kompressibilität als das Hydraulikfluid aufweist und somit das Verhalten des Hydrauliksystems durch verzögerte Ansprechzeiten verschlechtert.
Ein Verfahren zur Entlüftung eines Hydrauliksystems in einem Fahrzeug ist beispielsweise aus der US 5,964,326 bekannt. Dieses bekannte Verfahren ist jedoch nur für „offene” Hydrauliksysteme einsetzbar. Anders ausgedrückt wird ein Kreislauf des Hydraulikfluids, mit Hin- und Rücklauf zwischen Geber- und Nehmerzylinder, benötigt um dieses bekannte Verfahren einzusetzen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zur Entlüftung eines Hydrauliksystems vorzuschlagen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.
Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft die Entlüftung eines „geschlossenen” Hydrauliksystems, also eines Hydrauliksystems mit einem Geberzylinder, der vermittels eines Hydraulikfluids einen Nehmerzylinder rücklauflos ansteuert. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Schritte: erstens, Druckbeaufschlagung des Hydraulikfluids; zweitens, Aufprägen einer niederfrequenten Schwingung auf das Hydraulikfluid; drittens, Ablassen der im Hydraulikfluid aufsteigenden Luftblasen an der höchstgelegenen Stelle des Hydrauliksystems; sowie gegebenenfalls Wiederholung der Schritte eins bis drei. Die Erfindung ist also dafür vorgesehen, dass Geber- und Nehmerzylinder mit lediglich einer Leitung bzw. einem Schlauch miteinander verbunden sind, womit kein Kreislauf des Hydraulikfluids realisiert ist.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, des durch eine Druckbeaufschlagung des Hydraulikfluids vor allem die im Hydraulikfluid enthaltene Luft komprimiert wird, da das Hydraulikfluid selbst kaum komprimierbar ist. Durch diese Komprimierung wird die Größe bzw. das Volumen der im Hydraulikfluid eingeschlossenen Luftblasen verringert und so deren Strömungswiderstand herabgesetzt. Durch das nachfolgende Aufprägen der niederfrequenten Schwingung wird das Aufsteigen der Luftblasen im Hydrauliksystem beschleunigt, weil in bewegten viskosen Medien Strömungswiderstände verringert werden und somit größere Körper, wie z. B. Luftblasen, bei Bewegung weiter transportiert werden als kleinere Körper, wie z. B. Moleküle des Hydraulikfluids. Durch diesen „Sandkasteneffekt” sammeln sich die Luftblasen an der höchstgelegenen Stelle im Hydrauliksystem an. Von dort aus können die Luftblasen über eine geeignete Vorrichtung abgelassen werden, beispielsweise in eine Umgebung außerhalb des Hydrauliksystems. Wichtig dabei ist, dass der im Hydrauliksystem herrschende Druck größer als der Umgebungsdruck ist.
Zur ausreichenden Versorgung des Hydrauliksystems mit Hydraulikfluid ist bevorzugt ein Ausgleichsbehälter mit Hydraulikfluid vorgesehen. Dieser Ausgleichsbehälter steht zumindest zeitweise in strömender Verbindung mit dem Hydrauliksystem. Durch eine Druckbeaufschlagung des Ausgleichsbehälters, beispielsweise manuell mittels einer Handpumpe, kann das Hydraulikfluid bedarfsweise dann Druckbeaufschlagt werden, wenn der Ausgleichsbehälter mit dem Hydrauliksystem verbunden ist.
Alternativ oder zusätzlich ist der zur Ansteuerung des Geberzylinders vorgesehene Aktuator auch zur Druckbeaufschlagung des Hydraulikfluids betätigbar. Dazu wird der Aktuator beispielsweise in eine Position nahe seiner Endlage ausgefahren, um einen möglichst hohen Druck auf das Hydraulikfluid auszuüben.
Bevorzugt ist vorgesehen, die niederfrequente Schwingung vermittels einer Ansteuerung des Aktuators des Geberzylinders aufzuprägen. Durch eine entsprechende Ansteuerung kann eine Schwingung gewünschter Frequenz, Amplitude bzw. Dauer einfach und ohne zusätzliche Mittel erzielt werden.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Geberzylinder als höchstgelegene Komponente des Hydrauliksystems in einem Fahrzeug angeordnet ist. Damit sammeln sich die im Hydraulikfluid aufsteigenden Luftblasen im Geberzylinder. Aus dem Geberzylinder können sie dann relativ einfach abgelassen werden, beispielsweise über eine vorhandene Schnüffelbohrung. Damit sind keine weiteren Einrichtungen, beispielsweise an Leitungen oder Schläuchen des Hydrauliksystems, zum Ablassen der Luftblasen mehr notwendig.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Geberzylinder als höchstgelegene Komponente des Hydrauliksystems angeordnet ist und dann, wenn der Aktuator in eine Position nahe seiner Ausgangslage eingefahren ist, mit einem Ausgleichsbehälter für Hydraulikfluid derart verbunden, dass Hydraulikfluid bzw. Luftblasen zwischen Geberzylinder und Ausgleichsbehälter austauschbar sind. Dies ermöglicht ein besonders einfaches Ablassen der im Hydraulikfluid aufsteigenden Luftblasen in den Ausgleichsbehälter.
Ein besonders bevorzugtes System zur Durchführung des Verfahrens umfasst einen als Kupplungsausrücker ausgebildeten Nehmerzylinder, ein über eine Druckleitung angebundenen und durch einen Aktuator, insbesondere einen Spindelaktuator, angesteuerten Geberzylinder sowie einen Ausgleichsbehälter für Hydraulikfluid und ein Steuergerät, in dem das Verfahren als Programmcode abgelegt ist.
Die Erfindung wird nun anhand einer Zeichnung dargestellt. Dabei zeigt die einzige Fig. eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung.
Dargestellt ist ein Hydrauliksystem in einem Fahrzeug umfassend einen Geberzylinder 1, einen Nehmerzylinder 2 und eine verbindende Druckleitung 3. Der Geberzylinder 1 ist dabei räumlich oberhalb des Nehmerzylinders 2 angeordnet und bildet die höchstgelegene Stelle im Hydrauliksystem. Der Geberzylinder 1 weist eine Nachlauföffnung bzw. Schnüffelbohrung 14 auf, über die eine Versorgung des Hydrauliksystems mit Hydraulikfluid 5 aus einem Ausgleichsbehälter 4 zumindest zeitweise möglich ist, indem eine strömender Verbindung zwischen dem Hydrauliksystem und dem Ausgleichsbehälter 4 hergestellt wird. Der Geberzylinder 1 wird vermittels eines elektrischen Spindelaktuators 11 angesteuert. Durch Rotation des Spindelaktuators 11 wird ein Kolben im Geberzylinder 1 in horizontaler Richtung verstellt. Der Nehmerzylinder 2 weist ebenfalls einen Kolben auf, zur Ansteuerung einer Tellerfeder 12 einer Kupplung des Fahrzeuges. Geberzylinder 1, Nehmerzylinder 2 und Druckleitung 3 sind mit Hydraulikfluid 5 gefüllt.
Vermittels des Spindelaktuators 11 ist also eine Betätigung der Kupplung des Fahrzeuges möglich. In einem eingefahrenen Zustand, d. h. wenn der Kolben im Geberzylinder 1 in einer horizontal rechts liegenden Position nahe seiner Ausgangslage angeordnet ist, ist die Tellerfeder 12 entspannt, da der Kolben des Nehmerzylinders 2 in einer horizontal linken Position angeordnet ist. Damit ist die Kupplung des Kraftfahrzeuges geschlossen.
Wenn der Kolben des Geberzylinders 1 in einer horizontal linken Position angeordnet ist, d. h. in einer ausgefahrenen Endlage, drückt das Hydraulikfluid 5 den Kolben des Nehmerzylinders 2 in eine horizontal rechte Position und öffnet somit, vermittels Druck auf die Tellerfeder 12, die Kupplung des Kraftfahrzeuges. Zusätzlich sind noch ein Füllstandsgeber 40 des Ausgleichsbehälters 4, ein Drucksensor 41 im Geberzylinder 1 sowie ein Lagesensor 42 des Geberzylinders 1 vorgesehen.
Nach einem Wartungs- bzw. Reparaturfall des Hydrauliksystems befindet sich Luft innerhalb des Geberzylinders 1, des Nehmerzylinders 2 und der Druckleitung 3. Deshalb ist vorgesehen, dass der Kolben im Geberzylinder 1 zunächst vermittels des Spindelaktuators 11 in eine horizontal rechts liegende Position eingefahren wird, bei der die Schnüffelbohrung 14 im Geberzylinder 1 freigegeben ist. Damit strömt Hydraulikfluid 5 aus dem Ausgleichsbehälter 4 durch die Schnüffelbohrung 14 in den Geberzylinder 1. Nun wird an den Ausgleichsbehälter 4 ein Überdruck von beispielsweise >= 1,5 bar angelegt. Hierzu kann eine Handpumpe eingesetzt werden. Anschließend wird der Kolben im Geberzylinder 1 vermittels des Spindelaktuators 11 auf eine Position nahe seiner Endlage, d. h. horizontal links liegend, ausgefahren. Damit wird das Hydraulikfluid 5 im Hydrauliksystem mit Druck beaufschlagt. Zudem fährt hierbei der Kolben im Geberzylinder 1 an der Schnüffelbohrung 14 vorbei und unterbricht somit den strömenden Kontakt zwischen Ausgleichsbehälter 4 und Geberzylinder 1 bzw. Hydrauliksystem. Der am Ausgleichsbehälter 4 anliegende Überdruck kann danach entspannt werden. Damit ist der im Hydrauliksystem herrschende Druck nun größer als der Umgebungsdruck, d. h. der am Ausgleichsbehälter 4 anliegende Druck.
Nun wird vermittels des Spindelaktuators 11 durch den Kolben im Geberzylinder 1 eine niederfrequente Schwingung auf das Hydraulikfluid 5 aufgeprägt. In dieser Ausführungsform ist dabei vorgesehen, mittels des Spindelaktuators 11 im Geberzylinder 1 eine Schwingung anzulegen. Hierdurch bewegen sich größere Körper im Hydraulikfluid 5 mehr bzw. stärker nach oben als kleinere Körper. Insbesondere steigen hierdurch Luftblasen im Hydraulikfluid 5 in den Geberzylinder 1, als höchstgelegene Stelle des Hydrauliksystems, auf. Diese Luftblasen sammeln sich vor dem Kolben des Geberzylinders 1. Nun wird der Kolben des Geberzylinders 1 vermittels des Spindelaktuators 11 zurück in seine horizontal rechts gesehene Ausgangslage eingefahren. Damit besteht über die Schnüffelbohrung 14 wieder eine strömende Verbindung zwischen dem Hydraulikfluid 5 im Geberzylinder 1 und dem Hydraulikfluid 5 im Ausgleichsbehälter 4. Da der Druck im Hydrauliksystem, und damit auch im Geberzylinder 1, gegenüber dem Ausgleichsbehälter 4 erhöht ist, ergibt sich eine Strömung vom Geberzylinder 1 über die Schnüffelbohrung 14 hin zum Ausgleichsbehälter 4. Da sich jedoch nahe des Kolbens des Geberzylinders 1 die Luftblasen aus dem Hydraulikfluid 5 gesammelt haben, entweichen diese als erstes aus dem Geberzylinder 1 in den Ausgleichsbehälter 4. Dies ist auch bei kleinem Durchmesser der Schnüffelbohrung 14 (Nachlauföffnung) möglich, da die Druckdifferenz zwischen Hydrauliksystem und Augleichsbehälter 4 ein Strömen entgegen der hohen Oberflächenspannung des Hydraulikfluids 5 am Rand der Nachlauföffnung 14 ermöglicht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 5964326 [0003]

Claims

Verfahren zur Entlüftung eines geschlossenen Hydrauliksystems, wobei das Hydrauliksystem einen Geberzylinder (1) aufweist der vermittels eines Hydraulikfluids (5) einen Nehmerzylinder (2) rücklauflos ansteuert, umfassend die Schritte – erstens, Druckbeaufschlagung des Hydraulikfluids; – zweitens, Aufprägen einer niederfrequenten Schwingung auf das Hydraulikfluid; – drittens, Ablassen der im Hydraulikfluid aufsteigenden Luftblasen an der höchstgelegenen Stelle des Hydrauliksystems; sowie – gegebenenfalls Wiederholung der Schritte eins bis drei.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Ausgleichsbehälter (4), zur Versorgung des Hydrauliksystems mit Hydraulikfluid, druckbeaufschlagt wird um das Hydraulikfluid mit Druck zu beaufschlagen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Aktuator (11), zur Ansteuerung des Geberzylinders, zur Druckbeaufschlagung des Hydraulikfluids betätigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die niederfrequente Schwingung durch den Aktuator zur Ansteuerung des Geberzylinders aufgeprägt wird.
Hydrauliksystem in einem Fahrzeug, mit einem Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
Hydrauliksystem nach Anspruch 5, wobei der Geberzylinder räumlich oberhalb des Nehmerzylinders derart angeordnet ist, dass der Geberzylinder die höchstgelegene Stelle des Hydrauliksystems bildet.
Hydrauliksystem nach Anspruch 6, wobei der Geberzylinder dann, wenn der Aktuator nahezu eingefahren ist, mit einem Ausgleichsbehälter für Hydraulikfluid derart verbunden ist, dass Hydraulikfluid bzw. Luftblasen zwischen Geberzylinder und Ausgleichsbehälter austauschbar sind.
Hydrauliksystem nach einem der Ansprüche 5 bis 7, umfassend einen als Kupplungsausrücker ausgebildeten Nehmerzylinder, einen über eine Druckleitung (3) angebundenen und durch einen Aktuator, insbesondere einen Spindelaktuator, ansteuerbaren Geberzylinder sowie einen Ausgleichsbehälter für Hydraulikfluid.