DE102013211344A1

DE102013211344A1 - Verfahren zum Betreiben eines hydraulischen Systems mit einem hydropneumatischen Druckspeicher

Info

Publication number: DE102013211344A1
Application number: DE201310211344
Authority: DE
Inventors: Robert Naether
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-06-18
Filing date: 2013-06-18
Publication date: 2014-12-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines hydraulischen Systems mit einem hydropneumatischen Druckspeicher und mit weiteren hydraulischen Komponenten, mit einem Ventil, durch das der Druckspeicher mit mindestens einer weiteren hydraulischen Komponenten verbindbar und absperrbar ist, mit einem Drucksensor, von dem der Druckspeicherdruck erfassbar ist, mit einem Temperatursensor, von dem die Druckspeichertemperatur erfassbar ist und mit einem elektronischen Steuergerät dem der Druckspeicherdruck und die Druckspeichertemperatur als elektrische Signale zugeführt werden und von dem das Ventil ansteuerbar ist. Es besteht die Aufgabe, den hydropneumatischen Druckspeicher gegen einen möglichen Überdruck nach der Deaktivierung des Systems zu schützen. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei einer Deaktivierung des hydraulischen Systems die Druckspeichertemperatur mit einer maximalen Umgebungstemperatur verglichen wird und dass, wenn eine sich aus dem Druckniveau und der Temperaturdifferenz zwischen der Druckspeichertemperatur und der maximalen Umgebungstemperatur ergebende Erhöhung des Druckspeicherdrucks kritisch ist, durch einen Systemnachlauf der Druckspeicherdruck auf ein sicheres Niveau reduziert wird.

Description

Die Erfindung betrifft gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ein Verfahren zum Betreiben eines hydrostatischen Systems mit einem hydropneumatischen Druckspeicher und mit weiteren hydraulischen Komponenten, mit einem Ventil, durch das der Druckspeicher mit mindestens einer weiteren hydraulischen Komponenten verbindbar und absperrbar ist, mit einem Drucksensor, von dem der Druckspeicherdruck erfassbar ist, mit einem Temperatursensor, von dem die Druckspeichertemperatur erfassbar ist und mit einem elektronischen Steuergerät dem der Druckspeicherdruck und die Druckspeichertemperatur als elektrische Signale zugeführt werden und von dem das Ventil ansteuerbar ist.
Ein hydrostatisches System mit einem hydropneumatischen Druckspeicher ist zum Beispiel aus der DE 10 2007 059 400 A1 bekannt. Dort sind ein Drucksensor und ein Temperatursensor vorhanden, mit denen der Druck und die Temperatur des Druckmittels erfasst werden, das sich in einer Verbindungsleitung zwischen dem Druckspeicher und einer Hydromaschine befindet. Der erfasste Druck ist auch der im Druckspeicher anstehende Druck. Die erfasste Temperatur ist ein Hinweis auf die Temperatur der Medien im Druckspeicher. Die Temperaturerfassung ist natürlich genauer, wenn unmittelbar die Temperatur des Hydraulikfluids oder des Gases innerhalb des Druckspeichers erfasst wird.
Als hydropneumatische Druckspeicher sind insbesondere Kolbenspeicher, Blasenspeicher, Metallbalgspeicher und Membranspeicher bekannt, die sich durch die Ausgestaltung der Trennwand unterscheiden. Bei einem Kolbenspeicher ist die Trennwand ein verschiebbarer Kolben. Bei einem Membranspeicher ist die Trennwand eine elastische Membran, die über ihren Außenrand an der Innenwand des Speichergehäuses dicht befestigt ist. Beim Blasenspeicher ist der Gasraum von einer Blase eingeschlossen, die im Gehäuse des Speichers aufgenommen ist.
Hydrostatische Systeme mit hydropneumatischen Druckspeichern werden zunehmend in Fahrzeugen zum Abbremsen des Fahrzeugs und zur Speicherung und Wiederverwendung der Bremsenergie eingesetzt. Dabei kommt es darauf an, dass das System kostengünstig und trotzdem sicher ist. Es ist dazu schon vorgeschlagen worden, als Sicherheitseinrichtung eine Berstscheibe zu verwenden, die bei einem bestimmten Druck bricht und über die Gas von der Gasseite des Druckspeichers kontrolliert abgelassen wird. Dabei kann unter Umständen auf ein Druckbegrenzungsventil verzichtet werden, das mit der Hydroseite des Druckspeichers verbunden ist und Hydraulikfluid in einen Tank oder in einen Niederdruckspeicher ablässt, wenn der Druck im Druckspeicher einen kritischen Wert erreicht. Der Verzicht auf ein Druckbegrenzungsventil macht das hydrostatische System kostengünstig, bringt es allerdings mit sich, dass die Berstscheibe des Öfteren ersetzt werden muss.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, gemäß dem in einem hydrostatisches System mit einem hydropneumatischen Druckspeicher und weiteren hydraulischen Komponenten sowie den übrigen Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 der Druckspeicher sicher gegen einen Überdruck geschützt ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, gemäß dem bei einer Deaktivierung des hydraulischen Systems die Druckspeichertemperatur mit einer maximalen Umgebungstemperatur verglichen wird und dass, wenn eine sich aus dem Druckniveau und der Temperaturdifferenz zwischen der Druckspeichertemperatur und der maximalen Umgebungstemperatur ergebende Erhöhung des Druckspeicherdrucks kritisch ist, durch einen Systemnachlauf der Druckspeicherdruck auf ein sicheres Niveau reduziert wird, in dem hydraulisches Fluid zu einer Drucksenke, etwa einem Tank oder einem Niederdruckspeicher abgelassen wird. Der Erfindung fußt auf der Überlegung, dass die Temperatur der Medien im Druckspeicher zum Zeitpunkt der Deaktivierung des Systems niedriger sein kann, als die maximale während des Zeitraums der Deaktivierung zu erwartende Umgebungstemperatur. Dies kann insbesondere nach einer zeitlich kurzen Benutzung eines Fahrzeugs der Fall sein, wenn das hydrostatische System noch nicht die übliche Betriebstemperatur erreicht hat.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und dessen besonders vorteilhafte Anwendungen finden sich in den Unteransprüchen
Das Verfahren ist von besonderem Vorteil in Verbindung mit einem hydrostatischen System, dessen Druckspeicher mit einem bei einem bestimmten Berstdruck berstenden Berstelement ausgestattet ist. Im Systemnachlauf wird dann der Druckspeicherdruck mindestens soweit reduziert wird, dass durch eine Temperaturerhöhung bis zur maximalen Umgebungstemperatur der Berstdruck nicht erreicht wird.
Das Berstelement kann eine Berstscheibe sein.
Vorteilhafterweise wird von dem Temperatursensor die Temperatur im Gasraum des Druckspeichers erfasst.
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Gemäß der Zeichnung weist in hydrostatisches System 1 einen hydropneumatischen Hochdruckspeicher 2, der mit einer nicht näher gezeigten Berstscheibe ausgestattet ist, ein 2/2 Wege-Schaltventil 3 und weitere hydraulische Komponenten 4 auf, zu denen eine oder mehrere sowohl als Pumpe als auch als Motor betreibbare Hydromaschinen, ein Niederdruckspeicher und weitere Ventile gehören können. Mit dem Schaltventil lässt sich eine fluidische Verbindung zwischen dem Hochdruckspeicher 2 und den weiteren hydraulischen Komponenten steuern. Das Schaltventil 3 nimmt unter der Wirkung einer Druckfeder 5 eine Ruhestellung ein, in der die fluidische Verbindung zum und vom Druckspeicher unterbrochen ist. Durch einen Elektromagneten 6 kann der nur als Schaltsymbol dargestellte Ventilkolben des Schaltventils in eine Schaltstellung gebracht werden, in der die besagte Verbindung offen ist.
Das hydrostatische System umfasst des weiteren einen Drucksensor 7, mit dem der Druck auf der Gasseite des Druckspeichers 2 erfasst wird, und einen Temperatursensor 8, mit dem die Temperatur des Gases auf der Gasseite des Druckspeichers 2 erfasst wird, und ein elektronisches Steuergerät 9, dem die von den Sensoren 7 und 8 erfassten Druck- und Temperaturwerte als elektrische Signale zugeführt werden. Von dem Steuergerät ist der Elektromagnet 6 ansteuerbar.
Beim Betrieb des gezeigten hydrostatischen Systems sind der Hydrospeicher 2 und die weiteren hydraulischen Komponenten 4 über das Ventil 3 oder ein nicht dargestelltes weiteres Ventil fluidisch miteinander verbunden. Wird ein Signal zur Deaktivierung des Systems gegeben, so ist der Druckspeicher auf einen sich aus dem vorhergehenden Betrieb ergebenden Druck aufgeladen. Das Gas auf der Gasseite hat eine bestimmte Temperatur. Ein besonders ungünstiger Fall ist dabei, wenn der Druckspeicher bis zum maximalen Betriebsdruck gefüllt und die Temperatur des Gases sehr niedrig ist.
Zumindest bei einem Signal zur Deaktivierung des Systems werden der Druck und die Temperatur des Gases im Druckspeicher 2 die von den Sensoren 7 und 8 erfasst werden, von dem Steuergerät ausgewertet. Das Steuergerät berechnet, ob unter Zugrundelegung des aktuellen Druckes und der aktuellen Temperatur im Druckspeicher und einer möglichen Temperaturerhöhung bis zu einer maximalen Umgebungstemperatur ein Nachlauf notwendig ist und wie weit der Druck abgesenkt werden muss, dass bei einer möglichen Temperaturerhöhung der Medien im Druckspeicher bis zu der möglichen maximalen Umgebungstemperatur trotz der mit einer mit steigender Temperatur verbundenen Gasexpansion und damit Druckerhöhung der Druck im Druckspeicher unterhalb des Berstdrucks der Berstscheibe verbleibt.
Für die Druckerniedrigung wird von dem Steuergerät 9 der Elektromagnet 6 angesteuert und das Ventil 3 in seine Durchgangsstellung gebracht. Es kann dann Öl zu einer Drucksenke innerhalb der weiteren hydraulischen Komponenten 4 abfließen.
Dann gilt: Der Druck im Druckspeicher ist nach einer Erhöhung der Temperatur der Medien im Druckspeicher bis zu maximalen Umgebungstemperatur kleiner als der Berstdruck.
Die Sicherheitsfunktionalität eines hydraulischen Systems ist damit beträchtlich erhöht. Es besteht ein wirksamer Komponentenschutz hinsichtlich des Druckspeichers beziehungsweise der irreversiblen Drucksicherung (Berstscheibe).
Die Erfindung ist insbesondere auch in sogenannten Hybridfahrzeugen, zum Beispiel in einem Personenkraftwagen mit einem Verbrennungsmotor und einem hydraulischen Antriebsstrang inklusive Hydropumpe, hydropneumatischem Druckspeicher und einem oder zwei Hydromotoren zwischen dem Verbrennungsmotor und einer Achse einsetzbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007059400 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines hydraulischen Systems mit einem hydropneumatischen Druckspeicher und mit weiteren hydraulischen Komponenten, mit einem Ventil, durch das der Druckspeicher mit mindestens einer weiteren hydraulischen Komponenten verbindbar und absperrbar ist, mit einem Drucksensor, von dem der Druckspeicherdruck erfassbar ist, mit einem Temperatursensor, von dem die Druckspeichertemperatur erfassbar ist und mit einem elektronischen Steuergerät dem der Druckspeicherdruck und die Druckspeichertemperatur als elektrische Signale zugeführt werden und von dem das Ventil ansteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Deaktivierung des hydraulischen Systems die Druckspeichertemperatur mit einer maximalen Umgebungstemperatur verglichen wird und dass, wenn eine sich aus dem Druckniveau und der Temperaturdifferenz zwischen der Druckspeichertemperatur und der maximalen Umgebungstemperatur ergebende Erhöhung des Druckspeicherdrucks kritisch ist, durch einen Systemnachlauf der Druckspeicherdruck auf ein sicheres Niveau reduziert wird.
Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher mit einem bei einem bestimmten Berstdruck berstenden Berstelement ausgestattet ist und dass der Druckspeicherdruck im Systemnachlauf mindestens soweit reduziert wird, dass durch eine Temperaturerhöhung bis zur maximalen Umgebungstemperatur der Berstdruck nicht erreicht wird.
Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Berstelement eine Berstscheibe ist.
Verfahren nach einem vorhergehenden Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Temperatursensor die Temperatur im Gasraum des Druckspeichers erfasst wird.