DE102016226283A1

DE102016226283A1 - Hydraulische Anordnung und Verfahren zum Trocknen eines hydraulischen Druckmittels

Info

Publication number: DE102016226283A1
Application number: DE102016226283.1A
Authority: DE
Inventors: Manuel Mueller
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-12-29
Filing date: 2016-12-29
Publication date: 2018-07-05
Also published as: WO2018122154A1

Abstract

Eine hydraulische Anordnung umfasst eine Entgasungsvorrichtung für hydraulisches Druckmittel und einen mit der Entgasungsvorrichtung fluidisch verbundenen Behälter oder Leitungsabschnitt, welcher dazu eingerichtet ist, in einem Betriebszustand zumindest teilweise mit dem hydraulischen Druckmittel gefüllt zu sein. Erfindungsgemäß ist in dem besagten Behälter oder Leitungsabschnitt eine Ausströmvorrichtung für ein Gas, insbesondere für trockene Druckluft, vorgesehen, wobei die Ausströmvorrichtung in dem Betriebszustand in dem Druckmittel angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische Anordnung mit einer Entgasungsvorrichtung, wobei die Anordnung gleichzeitig zum Trocknen des Druckmittels geeignet ist.
Hydraulische Anlagen mit Entgasungsvorrichtungen und Trocknungsvorrichtungen sind bekannt. So zeigt z.B. die DE 10 024 124 C1 eine Entwässerungsanlage für flüssiges hydraulisches Druckmittel, bei der in einer Vakuumkammer eine wendelförmige Fließfläche für das Druckmittel gebildet ist, wobei das Druckmittel in einem dünnen Film über die Fließfläche fließt. Im Gegenstrom dazu wird getrocknete Luft geführt. Zudem wird das Druckmittel erwärmt um den Dampfdruck des darin gelösten Wassers zu erhöhen. An der recht großen Oberfläche zwischen Druckmittel und trockener Luft tritt die Feuchtigkeit in die Luft über und wird abgeführt. Solche Entgasungsvorrichtungen sind jedoch aufwändig und teuer. Unter anderem werden Vakuum-Pumpen und eine Heizung benötigt, um die feuchte Luft abzusaugen, um die Siedetemperatur des im Druckmittel gelösten Wassers zu erniedrigen und um gleichzeitig den Dampfdruck des gelösten Wassers zu erhöhen. Für die Vakuumerzeugung, Heizung, etc. werden elektrische Leistungen von 5kW bis 20kW eingesetzt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine möglichst einfache hydraulische Anordnung zu schaffen, mit der Druckmittel getrocknet werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine hydraulische Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren zum Trocknen eines hydraulischen Druckmittels mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.
Erfindungsgemäß wird mittels einer Ausströmvorrichtung trockenes Gas oder Druckluft direkt in das hydraulische Druckmittel eingebracht. Es bilden sich dabei Gasbläschen im Druckmittel aus. Die vielen kleinen Gasbläschen haben eine gemessen am Gasvolumen große Oberfläche und nehmen daher sehr schnell Feuchtigkeit aus dem Druckmittel auf. In dem Druckmittel enthaltene Feuchtigkeit tritt also in das Gas in den Gasbläschen über und kann zusammen mit den Gasbläschen in einer Entgasungsvorrichtung vergleichsweise einfach abgeschieden werden. Im einfachsten Fall kann die Entgasungsvorrichtung ein Behälter oder Tank für hydraulisches Druckmittel sein.
Ein System zur effizienten Bereitstellung von trockener Druckluft ist in vielen Werkshallen ohnehin zur Versorgung pneumatischer Verbraucher vorhanden. Der Investitionsbedarf für eine eigene Druckluftversorgung kann beim Einsatz der erfindungsgemäßen hydraulischen Anordnung daher oft entfallen.
Die Druckluftzugabe oder Gaszugabe kann in einer Rücklaufleitung eines hydraulischen Systems, und/oder direkt in einem Tank und/oder in eine Nebenstromleitung, die von einer eigenen Pumpe gespeist wird, erfolgen.
Indem die Druckluft von einem üblichen Betriebsdruck von z.B. 6 Bar beim Passieren der Ausströmvorrichtung auf den in der Rücklaufleitung herrschenden Druck von z.B. 1 Bar entspannt wird, sinkt auch die relative Feuchte der Druckluft und ein hohes Aufnahmevermögen für Wasser ist gegeben. Das Aufnahmevermögen wird zusätzlich noch durch eine Erwärmung der Druckluft von Raumtemperatur auf eine üblicherweise demgegenüber erhöhte Temperatur des Druckmittels gesteigert.
Die Ausströmvorrichtung kann eine Mischdüse oder ein Perlator sein. Wenn die Ausströmvorrichtung einen Ausströmabschnitt aus porösen metallischen Material besitzt oder sogar ähnlich einem porösen Sinterfilter, insbesondere wie ein pneumatischer Schalldämpfer aus porösen Sintermetall, ausgebildet ist, ergeben sich besonders feine Bläschen und der Feuchtigkeitsübergang vom Druckmittel in die Bläschen ist erleichtert. Sinterfilter und pneumatischer Schalldämpfer sind an sich bekannt und kommerziell erhältlich.
Ein Luftfilter kann den Eintrag von Schmutzpartikel in die Ausströmvorrichtung oder in das Druckmittel verhindern.
Weitere bevorzugte Ausbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung ist anhand von einem Ausführungsbeispiel in der Figur schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figur ausführlich beschrieben.
Die einzige Figur zeigt die erfindungsgemäße hydraulische Anordnung mit einer Entgasungsvorrichtung und einer im hydraulischen Druckmittel angeordneten Ausströmvorrichtung, wobei in der Zeichnung mehrere Alternativen für eine Entgasungsvorrichtung und eine Anordnung der Ausströmvorrichtung dargestellt sind.
Gemäß der Figur ist bei der erfindungsgemäßen hydraulischen Anordnung 1 ein Tank 3 vorgesehen, aus dem über eine Ansaugleitung 11 hydraulisches Druckmittel 15 - üblicherweise Öl - entnommen werden kann. Die Ansaugleitung 11 mündet in einen Entnahmeabschnitt 7 des Tanks 3. Davon baulich getrennt, z.B. durch ein Trennblech 6 ist in dem Tank 3 ein Einströmabschnitt 5 gebildet. In den Einströmabschnitt 5 mündet eine Rücklaufleitung 10, über die zuvor entnommenes Druckmittel in den Tank 3 zurückgeführt wird. Ferner weißt der Tank 3 in diesem Beispiel einen Deckel 12 und eine Entlüftung 14 auf.
Im Tank 3 - zum Beispiel im Einströmabschnitt 5 - ist eine Ausströmvorrichtung 21' vorhanden. Diese Ausströmvorrichtung 21' ist an eine Druckluftquelle 17 angeschlossen. Aus der Ausströmvorrichtung 21' werden, solange die Druckluftquelle 17 eingeschaltet ist, Luftbläschen in das Druckmittel eingebracht.
Zusätzlich oder alternativ kann in einem Leitungsabschnitt 9 der Rücklaufleitung 10 eine Ausströmvorrichtung 21 angeordnet sein. Das durch die Rücklaufleitung 10 in den Tank 3 zurückgeführte Druckmittel wird durch die Ausströmvorrichtung 21 mit Luftbläschen versetzt solange die zugehörige Druckluftquelle 17 eingeschaltet ist. Hier - wie auch bei der Ausströmvorrichtung 21' - kann es günstig sein, einen feinen Luftfilter 19 vorzuschalten, der einen Eintrag von Schmutzpartikeln und Staub in die jeweiligen Ausströmvorrichtungen 21 und 21' und das Druckmittel verhindert. Es wird eine Porengröße des Luftfilters 19 von 1µm oder kleiner vorgeschlagen. Ob ein Luftfilter 19 benötigt wird, oder welche Porengröße dieser aufweisen muss, richtet sich auch nach den Qualitätsanforderungen für das im Tank vorgehaltene Druckmittel und nach der Qualität mit der die Druckluft für die Druckluftquelle 17 erzeugt wird.
In der Rücklaufleitung 10 können stromauf und stromab der Ausströmvorrichtung 21 Rückschlagventile 31 und 33 angeordnet sein, die einen Durchfluss nur in Richtung des Tanks 3 erlauben. Das Rückschlagventil 33 kann durch eine Schließfeder belastet sein, und dadurch dem anströmenden Druckmittel eine Vorspannung aufprägen, z.B. von 2 oder 3 bar. Zudem verhindert ein vorgespanntes Rückschlagventil 33 ein Leerlaufen des Leitungsabschnittes 9 und damit einen ungebremsten Austritt von Druckluft aus der Ausströmvorrichtung 21 in eine leere Leitung. Das Rückschlagventil 31 verhindert eine Ausbreitung der eingebrachten Luftbläschen in Richtung des Druckmittel abgebenden Systems. Dies ist vor Allem bei einem geringen oder unregelmäßig auftretenden Druckmittelstrom in der Rücklaufleitung 10 von Vorteil.
Die Ausströmvorrichtung 21 kann auch Teil einer Bypass-Anordnung sein, bei der mit einer zweiten Ansaugleitung 27 und durch eine Pumpe 25 Druckmittel 15 aus dem Tank 3 entnommen wird, von der Pumpe über eine Nebenstrom-Leitung 29 in den Leitungsabschnitt 9 geführt wird, in dem die Ausströmvorrichtung 21 angeordnet ist, und dann wieder in den Tank 3, vorzugsweise in einen Einströmabschnitt 5 zurückgeführt wird. Dafür kann die vorhandene Rücklaufleitung 10 genutzt werden. Es kann aber von der Ausströmvorrichtung 21 ausgehend eine eigene, von der Rücklaufleitung 10 getrennte zweite Rücklaufleitung zum Tank 3 führen.
Die Ausströmvorrichtung 21 oder 21' ist jeweils so gestaltet, dass sie die gegenüber dem Druckmittel 15 einen gewissen Überdruck aufweisende Druckluft in Form von feinen Luftbläschen ins Druckmittel 15 einbringt. Übliche Druckluftquellen aus der Pneumatik werden mit einem Druck von 2 bar bis 15 bar betrieben. Demgegenüber liegt der Druckmitteldruck im Tank 3 bei 1 bar oder im Fall einer Vorspannung im Leitungsabschnitt 9 bei 2-3 bar. Der Druck der Druckluftquelle 17 wird so gewählt, dass zum einen die benötigte Kompressionsenergie gering ist, zum andern aber auch ein gleichmäßiges Ausströmen der Druckluft aus der Ausströmvorrichtung 21 oder 21' gewährleistet ist. Der Luftdruck sollte daher unter 10 bar, vorzugsweise gleich oder weniger 6 bar betragen.
Die Ausströmvorrichtung 21 oder 21' kann als ein Rohrstück ausgebildet sein, das an seiner Mündung mit einem feinen Sieb versehen ist. Am Sieb teilt sich der Luftstrom auf und perlt in Form von feinen Bläschen ins Öl ein. Die Ausströmvorrichtung 21, 21' wäre in diesem Fall als eine Art Perlator ausgebildet. Auch die Ausbildung der Ausströmvorrichtung 21, 21' als Mischdüse wäre denkbar.
Als Ausströmvorrichtung 21 oder 21' scheint außerdem ein sogenannter Sinterfilter geeignet, wie er in der Pneumatik zur Druckluftaufbereitung oder als Schalldämpfer für in die Umgebung abgeführte Druckluft verwendet wird. Übliche Sinterfilter-Schalldämpfer besitzen einen Rohranschluss-Stutzen 40 sowie einen darauf aufgesetzten Kopfabschnitt oder Ausströmabschnitt 22 aus porösem, gesintertem Metall, wie Edelstahl oder Bronze. Die Porengröße liegt im Bereich zwischen 100µm bis 200µm. Der Rohranschluss-Stutzen 40 kann auch einstückig mit dem Ausströmabschnitt 22 ausgebildet sein.
Die in das Druckmittel 15 eingebrachten Gasbläschen nehmen Feuchtigkeit, also im Druckmittel 15 gelöste oder suspendierte Wassermoleküle auf. Beim Austritt der Gasbläschen aus dem Druckmittel 15 wird gleichzeitig die aufgenommene Feuchtigkeit aus dem Druckmittel ausgetragen.
Druckluft ist üblicherweise sehr trocken. Nach dem Eintritt der Bläschen in das Druckmittel 15 erfolgt ein Übertritt von Wassermolekülen in die Bläschen bis sich über die sich berührenden Oberflächen des flüssigen Druckmittels 15 und der Druckluft-Bläschen der gleiche Wasserdampf-Partialdruck einstellt. Je feiner die Bläschen sind, desto schneller erfolgt die Angleichung des Wasserdampf-Partialdrucks und damit die Aufnahme von Feuchtigkeit in die Bläschen.
Druckluft ist bereits durch ihre Erzeugung, die eine Kompression und oft auch eine anschließende Abkühlung mit Abführung von Kondenswasser umfasst, trockener als die Umgebungsluft. Aber selbst wenn die Druckluft eine relative Feuchte von 100% hätte, würde sich beim Einbringen in das Druckmittel im Zuge der Dekompression und Volumenzunahme ihre relative Feuchte verringern. Der Quotient der relativen Feuchtewerte in der Luft ist proportional zum Quotienten der Drücke. Entspannt man also an der Ausströmvorrichtung 21, 21' die Druckluft von z.B. 6 bar auf 1 bar, so nimmt die relative Feuchte von maximal 100% auf 16,7% ab. Bei Verwendung einer pneumatischen Druckluftquelle 17 ist die Feuchte der Druckluft aber noch deutlich geringer. Zudem sinkt die relative Feuchte bei Erwärmung der Druckluft im üblicherweise warmen Druckmittel noch weiter. Man kann davon ausgehen, dass die Druckluft je m³ etwa 40g Wasser aufnehmen kann. Es ist also möglich mit vergleichsweise wenig und kostengünstig verfügbarer Druckluft hohe Mengen Wasser aus dem flüssigen Druckmittel 15 zu entfernen.
An vielen Einsatzorten von hydraulischen Anlagen, z.B. in Fabrikhallen steht ohnehin eine Druckluftversorgung zur Verfügung. Diese kann als Druckluftquelle 17 genutzt werden. Dann ist der Investitionsbedarf für die erfindungsgemäße Druckmitteltrocknung sehr gering. Außerdem arbeiten große Kompressoren für Druckluftnetze recht energieeffizient.
Aber selbst wenn ein eigener Luftkompressor als Druckluftquelle 17 beigestellt wird, ist der Investitions- und Energieaufwand noch geringer, als wenn für die Trocknung Vakuumpumpen und eine Heizung zum Einsatz kommen, wie in der Einleitung beschrieben.
Die mit den Ausströmvorrichtung 21 oder 21' ins Druckmittel 15 eingebrachten Gasbläschen lassen sich auch nach Aufnahme von Feuchtigkeit aus dem Druckmittel 15 sehr viel einfacher abscheiden als wenn man direkt Feuchtigkeit aus dem Druckmittel separieren müsste.
Wenn das Druckmittel 15 eine ausreichende Verweilzeit im Tank 3 hat, genügt es die Luftbläschen über die Oberfläche des Druckmittels 15 und die Entlüftung 14 an die Umgebungsluft austreten zu lassen. Das Trennblech 6 zwischen dem Entnahmeabschnitt 7 und dem Einströmabschnitt 5 verhindert ein Ansaugen von mit Bläschen versetzten Öl durch die Ansaugleitung 11.
Es können bei Bedarf weitere Entgasungsmechanismen eingesetzt werden. Ein Ölbehälter, in dem das einströmende mit Bläschen versetzte Druckmittel eine Zyklonströmung ausbildet, siehe die DE 10 2010 035 054 A1 der Anmelderin, oder bei dem das Druckmittel als dünner Film über flächige Fließbleche geleitet wird, können ohne technische Schwierigkeiten als Entgasungsmechanismen in der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden.
Zudem kann das Druckmittel 15 auch mittels einer Bypass-Entgasungsvorrichtung 23 aus dem Tank 3 angesaugt, entgast, und weitestgehend Luft-frei in den Tank 3 zurückgeführt werden. Die eigentliche Entgasung erfolgt dabei z.B. mittels einer speziellen geometrischen Leitungsführung und/oder einer Unterdruckbehandlung.
Als Bypass-Entgasungsvorrichtung 23 kann auch eine sogenannte Super-Kavitations-Entgasungsvorrichtung zum Einsatz kommen, wie in der DE 10 2015 216 173 A1 der Anmelderin beschrieben.
Allgemein gesagt umfasst eine hydraulische Anordnung eine Entgasungsvorrichtung für hydraulisches Druckmittel und einen mit der Entgasungsvorrichtung fluidisch verbundenen Behälter oder Leitungsabschnitt, welcher dazu eingerichtet ist, in einem Betriebszustand zumindest teilweise mit dem hydraulischen Druckmittel gefüllt zu sein. Erfindungsgemäß ist in dem besagten Behälter oder Leitungsabschnitt eine Ausströmvorrichtung für ein Gas, insbesondere für trockene Druckluft, vorgesehen, wobei die Ausströmvorrichtung in dem Betriebszustand in dem Druckmittel angeordnet ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Trocknen eines hydraulischen Druckmittels umfasst die Schritte: Einbringen von Bläschen eines trockenen Gases in das hydraulische Druckmittel mittels einer in einem Volumen des Druckmittels angeordneten Ausströmvorrichtung, wobei Wasser aus dem hydraulischen Druckmittel in die Gasbläschen übergeht, und Absondern der Gasbläschen aus dem hydraulischen Druckmittel in einer Entgasungsvorrichtung.
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

DE 10024124 C1 [0002]
DE 102010035054 A1 [0029]
DE 102015216173 A1 [0031]

Claims

Hydraulische Anordnung umfassend eine Entgasungsvorrichtung (3; 23) für hydraulisches Druckmittel (15) und einen mit der Entgasungsvorrichtung (3; 23) fluidisch verbundenen Behälter oder Leitungsabschnitt (9), welcher dazu eingerichtet ist, in einem Betriebszustand zumindest teilweise mit dem hydraulischen Druckmittel (15) gefüllt zu sein, dadurch gekennzeichnet, dass in dem besagten Behälter oder Leitungsabschnitt (9), eine Ausströmvorrichtung (21, 21') für ein Gas, insbesondere für trockene Druckluft, vorgesehen ist, wobei die Ausströmvorrichtung (21, 21') so angeordnet ist, dass sie in dem Betriebszustand in dem Druckmittel (15) angeordnet ist.
Hydraulische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausströmvorrichtung (21, 21') einen Ausströmabschnitt (22) aus porösen metallischen Material aufweist.
Hydraulische Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausströmvorrichtung (21, 21') als ein poröser Sinterfilter, insbesondere ähnliche einem Schalldämpfer (22, 40) aus Sintermetall, ausgebildet ist.
Hydraulische Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausströmvorrichtung (21, 21') mit einer Druckluftquelle (17) verbunden ist, wobei insbesondere ein Luftfilter (19) zwischen der Druckluftquelle (17) und der Ausströmvorrichtung (21, 21') angeordnet ist.
Hydraulische Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein von der Druckluftquelle (17) abgegebenes Gas aufgrund eines der Druckluftquelle (17) zugeordneten Druckerzeugungsmechanismus einen geringeren Feuchtigkeitsgehalt aufweist als eine Umgebungsluft.
Hydraulische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Entgasungsvorrichtung (3, 23) einen Tank (3) aufweist, der in einen Einströmabschnitt (5) und einen Entnahmeabschnitt (7) räumlich aufgeteilt ist, wobei eine den Leitungsabschnitt (9) umfassende Leitung (10) in den Einströmabschnitt (5) mündet.
Hydraulische Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulische Druckmittel (15) aufgrund der räumlichen Aufteilung des Tanks (3) in den Einströmabschnitt (5) und den Entnahmeabschnitt (7) einen Großteil des über die Ausströmvorrichtung (21) zugeführten Gases abgibt, bevor es über eine in den Entnahmeabschnitt (7) mündende Ansaugleitung (11) entnommen wird.
Hydraulische Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pumpe (25) vorgesehen ist, die mit ihrem Sauganschluss mit dem Tank (3) verbunden ist, und die mit ihrem Druckanschluss mit dem Leitungsabschnitt (9) stromauf der Ausströmvorrichtung (21) verbunden ist.
Hydraulische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Entgasungsvorrichtung (3, 23) einen Tank (3) aufweist, wobei die Ausströmvorrichtung (21') im Tank (3) angeordnet ist.
Hydraulische Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entgasungsvorrichtung (3, 23) eine Bypass-Entgasungsvorrichtung (23) aufweist, die dazu eingerichtet ist, das hydraulische Druckmittel (15) anzusaugen, es mittels einer speziellen geometrischen Leitungsführung, und/oder einer Unterdruckbehandlung zu entgasen und wieder abzugeben.
Hydraulische Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Ausströmvorrichtung (21) und der Entgasungsvorrichtung (3; 23) ein federbelastetes Rückschlagventil (33) angeordnet ist, wobei insbesondere ein durch das Rückschlagventil (33) bedingter Staudruck im besagten Leitungsabschnitt (9) geringer ist, als ein Druck mit dem Druckluft der Ausströmvorrichtung (21) zugeführt ist.
Verfahren zum Trocknen eines hydraulischen Druckmittels (15) umfassend die Schritte: Einbringen von Bläschen eines trockenen Gases in das hydraulische Druckmittel (15) mittels einer in einem Volumen des Druckmittels angeordneten Ausströmvorrichtung (21, 21'), wobei Wasser aus dem hydraulischen Druckmittel (15) in die Gasbläschen übergeht, und Absondern der Gasbläschen aus dem hydraulischen Druckmittel (15) in einer Entgasungsvorrichtung (3, 23).