DE10354647A1

DE10354647A1 - Vorrichtung zur Trennung von Wasser aus Hydraulikflüssigkeiten

Info

Publication number: DE10354647A1
Application number: DE10354647A
Authority: DE
Inventors: Hubert Dipl.-Ing. Beitler; Franz Dipl.-Ing. Kosik; Falk Schumann; Ulrich Dipl.-Ing. Stoll
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-11-22
Filing date: 2003-11-22
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2023-11-23
Also published as: DE10354647B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem mit einem einen Geber- und einen Nehmerzylinder aufweisenden Druckbereich sowie einen drucklosen Bereich, der über eine Schnüffelbohrung (7) an den Geberzylinder (2) verbunden ist und eine Steigleitung (8) sowie einen in Lotrichtung oberhalb des Druckbereichs angeordneten Ausgleichsbehälter (5) aufweist. Das Hydrauliksystem verfügt in seinem drucklosen Bereich über eine Heizeinrichtung (9, 9b), mit der die Hydraulikflüssigkeit auf Siedetemperatur erwärmt und in der Hydraulikflüssigkeit enthaltenes Wasser auf diese Weise dampfförmig ausgetrieben werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem mit einem zumindest einen Geber- und zumindest einen Nehmerzylinder aufweisenden Druckbereich, sowie mit einem drucklosen Bereich, mit einem über eine Schnüffelbohrung mit zumindest einem Geberzylinder verbundenen Ausgleichsbehälter für das Hydraulikfluid. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Entwässerung einer Hydraulikflüssigkeit in einem Hydrauliksystem.
Die Anreicherung von Wasser in den zumeist hygroskopischen Hydraulikflüssigkeiten kann die Funktionssicherheit von mit diesen Hydraulikflüssigkeiten betriebenen Hydrauliksystemen stark beeinträchtigen. Die physikalischen Eigenschaften der Hydraulikflüssigkeit verändern sich durch die Aufnahme von Wasser. Beispielsweise wird der Siedepunkt der Flüssigkeit herabgesetzt, wodurch es schon bei niedrigeren Temperaturen zur Bildung von Wasserdampfblasen kommen kann. Diese Wasserdampfblasen beeinträchtigen aufgrund ihrer Kompressibilität die Funktion der Hydraulik. Insbesondere bei den hydraulisch betriebenen Kupplungs- und Bremssystemen in einem Kraftfahrzeug ist darauf zu achten, dass aufgrund einer solchen Wassereinlagerung keine sicherheitsrelevanten Ausfälle auftreten können.
Es ist daher in solchen Systemen erforderlich, die Aufnahme von Wasser in die Hydraulikflüssigkeit möglichst gering zu halten und eingelagertes Wasser wieder aus der Hydraulikflüssigkeit zu entfernen.

Die DE 100 13 585 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Entgasen von Bremsflüssigkeit, wobei diese der Bremsanlage des Kraftfahrzeugs entnommen und in einem gesonderten Behälter durch Ultraschallbehandlung entgast wird.

Die DE 101 18 691 A1 offenbart das Entfernen von Wasser aus Hydraulikflüssigkeiten mittels Elektrolyse, wobei das in der Hydraulikflüssigkeit enthaltene Wasser an den Polen einer Elektrolyseeinrichtung elektrolytisch in seine Bestandteile getrennt und die entstehenden gasförmigen Wasserstoff- und Sauerstoffmoleküle aus dem Hydrauliksystem abgeführt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einfacher Weise und ohne Beschränkung des Betriebs eines Hydrauliksystems sich anreicherndes Wasser aus der Hydraulikflüssigkeit zu entfernen.

Zur Lösung der Aufgabe wird bei einem erfindungsgemäßen Hydrauliksystem eine Ausbildung mit den Merkmalen des Kennzeichens des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen.

Die Wärmezufuhr in das Hydraulikfluid führt zu einer erhöhten Molekülbewegung und dem Austreten von Wasserdampfblasen aus dem Hydraulikfluid. Mit der Anordnung der Heizeinrichtung im drucklosen Teil der Hydraulikstrecke werden die Dampfblasen in einem für die Funktion des Hydrauliksystems nicht relevanten Bereich erzeugt, gerade um das Entstehen von Dampfblasen in dem sicherheitsrelevanten Druckbereich zu verhindern.

Ein sinnvoller Ort für die Anordnung der Heizeinrichtung ist der Ausgleichsbehälter des Hydrauliksystems, der mit der Atmosphäre verbunden ist und von dem aus entstehender Wasserdampf in diese abgeführt werden kann.

In einer alternativen Ausbildung kann die Heizeinrichtung auch in eine drucklose Verbindungsleitung zwischen dem Geberzylinder und dem Ausgleichsbehälter integriert sein, wobei entstehende Dampfblasen über die Verbindungsleitung aufsteigen und dann ebenfalls über den Ausgleichsbehälter an die Atmosphäre abgegeben werden können.

In sinnvoller Weiterbildung des Hydrauliksystems weist der Ausgleichsbehälter eine Auslassöffnung für gasförmige Stoffe auf, die als Kondensationseinrichtung ausgebildet ist. Mit dieser Kondensationseinrichtung kann der aus dem Hydraulikfluid entfernte Wasserdampf in flüssiger Phase aus dem Hydrauliksystem ausgeführt werden.

Hierzu ist die Kondensationseinrichtung in den Deckel des Ausgleichsbehälters integriert und weist eine Ableitung für auskondensierte Flüssigkeit auf.

In sinnvoller Weiterbildung ist die Heizeinrichtung als Heizwicklung um die Verbindungsleitung ausgebildet.

Weiter ist es sinnvoll, im Bereich der Heizrichtung einen Temperatursensor anzuordnen, mit dem die Temperatur des Hydraulikfluids aufgenommen werden kann.

Weiter ist es sinnvoll, einen Sensor zur Bestimmung des Wassergehaltes in der Hydraulikflüssigkeit vorzusehen. Der Wassergehalt gibt nicht nur Aufschluss über eine eventuelle Beeinträchtigung der Funktionsfähigkeit des Hydrauliksystems, sondern über den Wassergehalt kann auch die Siedetemperatur der Hydraulikflüssigkeit berechnet werden. Hierbei ist es dann weiter sinnvoll, die Heizeinrichtung mit einer Regeleinrichtung zur Temperatursteuerung zu versehen.

In einer alternativen Ausbildung kann die Heizeinrichtung ein mit der Abwärme von Komponenten des Fahrzeugs beheizter Wärmetauscher sein.

Zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe wird des Weiteren ein Verfahren vorgeschlagen, mit dem die Hydraulikflüssigkeit bis zum Siedepunkt erwärmt und der sich bildende Wasserdampf aus dem Hydrauliksystem ausgeleitet wird. Dabei wird der Wasserdampf mit Vorteil in dem Hydrauliksystem auskondensiert und als flüssige Phase abgeführt.

Das Verfahren ist so ausgelegt, dass das Wasser im laufenden Betrieb eines Kraftfahrzeugs aus dessen Hydraulikfluid entfernt werden kann.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung können der Beschreibung zu dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel sowie den einzelnen Patentansprüchen entnommen werden.

In der Zeichnung zeigt:

1 einen Teilbereich eines Hydrauliksystems in einem Kraftfahrzeug,

2 einen Ausgleichsbehälter eines Hydrauliksystems in alternativer Ausbildung.

1 zeigt eine hydraulisch betätigte Kupplungsanordnung 1. Die Kupplungsanordnung 1 weist ein Hydrauliksystem mit ei nem Geberzylinder 2, einem Nehmerzylinder 3, einer die beiden Zylinder verbindenden Druckleitung 4 und einem Ausgleichsbehälter 5 auf. Die Bewegung des Kolbens des Geberzylinders 2 wird über die Betätigung eines Kupplungspedals 6 bewirkt, wobei die Bewegung über das Hydrauliksystem auf den Kolben des Nehmerzylinders 3 übertragen wird.
Der Geberzylinder 2 weist eine Schnüffelbohrung 7 auf, von der eine Steigleitung 8 zu dem Ausgleichsbehälter 5 führt. Der Ausgleichsbehälter 5 ist offen gegen die Atmosphäre und bildet gemeinsam mit der Steigleitung 8 den drucklosen Bereich des Hydrauliksystems.
Üblicherweise verwendete Hydraulikflüssigkeiten sind stark hygroskopisch und nehmen daher im Betrieb kontinuierlich Wasser auf. Die Aufnahme von Wasser in hydraulische Systeme kann zu den bekannten Problemen der Entwicklung von Dampfblasen in den Druckleitungen und damit verbundenen Beeinträchtigungen der Hydraulikfunktion führen.
Aus diesem Grund weist das in 1 dargestellte Hydrauliksystem eine als Heizwendel ausgebildete Heizeinrichtung 9 im Bereich der drucklosen Leitung 8 auf, die über die schematisch dargestellte Spannungsquelle 10 mit Strom versorgt wird.
Die als Heizwendel ausgebildete Heizeinrichtung 9 erhitzt das Hydraulikfluid in der drucklosen Steigleitung 8 bis zum Siedepunkt, wobei in dem Hydraulikfluid enthaltenes Wasser in Form von Wasserdampf austritt, über die Steigleitung 8 aufsteigt und von dem Ausgleichsbehälter 5 an die Atmosphäre abgegeben wird. Wasserdampfblasen bilden sich somit nur in dem drucklosen Bereich des Hydrauliksystems und können aufgrund der Schwerkraft nicht in den Druckbereich gelangen. Über die Schnüffelbohrung 7 des Geberzylinders 2 erfolgt ein Austausch der Hydraulikflüssigkeit zwischen dem Druckbereich und dem drucklosen Bereich des Hydrauliksystems, wodurch das Erhitzen zu einer Reduzierung des Gesamtwassergehalts und zu einer Erhöhung der Betriebssicherheit führt.
Zur Bestimmung des Wassergehalts in der Hydraulikflüssigkeit können ein oder mehrere Sensoren 11 sowohl im Druckbereich als auch im drucklosen Bereich des Hydrauliksystems angeordnet sein.
In dem von der als Heizwendel ausgebildeten Heizeinrichtung 9 beheizten Bereich der Hydraulikflüssigkeit ist des Weiteren ein Temperatursensor 12 angeordnet. Die Spannungsquelle 10 sowie die Sensoren 11 und 12 können zu einer nicht dargestellten Steuereinheit zusammengeführt werden, um die Heizleistung der Heizeinrichung 9 an den tatsächlich gegebenen Entfeuchtungsbedarf der Hydraulikflüssigkeit anpassen zu können. So ist beispielsweise erst ab Überschreitung eines gewissen Wassergehalts in der Hydraulikflüssigkeit eine Entwässerung notwendig. Auch ist ein weiteres Beheizen der Hydraulikflüssigkeit über den Siedepunkt hinaus nicht notwendig.
Bei dieser Art der Entgasung ist es wichtig, dass die Erwärmung der Hydraulikflüssigkeit mit Austreten von Wasserdampfblasen so in dem drucklosen Bereich des Hydrauliksystems erfolgt, dass die Blasen nicht in den Druckbereich des Hydrauliksystems gelangen können.
2 zeigt eine alternative Ausbildung eines Ausgleichsbehälters 5b, wobei eine weitere, als Heizwendel ausgebildete Heizeinrichtung 9b das Hydraulikfluid direkt in dem Ausgleichsbehälter 5b auf Siedetemperatur erwärmt.
Die als Heizwendel dargestellte Heizeinrichtung 9b kann in gleicher Weise auch direkt in das Gehäuse des Ausgleichsbehälters integriert werden.
Entstehende Dampfblasen können über eine mit einem Deckel 13 abgedeckte Öffnung 14 des Ausgleichsbehälters 5b abgeführt werden.
Der Deckel 13 kann mit einer Kühlungseinrichtung zum Auskondensieren des entstandenen Wasserdampfs im Bereich des Deckels 13 und einem Rinnensystem zur Ausleitung des auskondensierten Wassers aus dem Ausgleichsbehälter 5b über die Spaltöffnung 15 zwischen dem Deckel 13 und der Behälterwand des Ausgleichsbehälters im Bereich der Öffnung 14 ausgebildet sein.
Auch in dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Wassergehaltsensor 11b und ein Temperatursensor 12b zur Ermittlung der Werte der Hydraulikflüssigkeit vorgesehen.
Bei Betätigung des Hydrauliksystems erfolgt bei den beiden dargestellten Ausführungsbeispielen die Durchmischung des entgasten Hydraulikfluids im drucklosen Bereich sowie der nicht veränderten Hydraulikflüssigkeit im Druckbereich über die in 1 dargestellte Schnüffelbohrung 7, über die die beiden Bereiche verbunden sind und über die sich der Wassergehalt über das gesamte Hydrauliksystem nivelliert, d. h. absenkt.

Claims

Hydrauliksystem mit einem einen Geber- (2) und einem Nehmerzylinder (3) aufweisenden Druckbereich, sowie mit einem drucklosen Bereich mit einem über eine Schnüffelbohrung (7) dem Geberzylinder (2) verbundenen Ausgleichsbehälter (5, 5b) für das Hydraulikfluid, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrauliksystem im drucklosen Bereich eine auf das Hydraulikfluid einwirkende Heizeinrichtung (9, 9b) aufweist.
Hydrauliksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (9b) in den Ausgleichsbehälter (5b) integriert ist.
Hydrauliksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (9) in eine Verbindungsleitung (8) zwischen dem Geberzylinder (2) und dem Ausgleichsbehälter (5) integriert ist.
Hydrauliksystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (9, 9b) als elektrische Heizwicklung um die Verbindungsleitung (8) ausgebildet ist.
Hydrauliksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichsbehälter (5, 5b) eine Auslassöffnung (14) für gasförmige Stoffe aufweist, die als eine Kondensationseinrichtung ausgebildet ist.
Hydrauliksystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensationseinrichtung in den Deckel (13) des Ausgleichsbehälters (5b) integriert ist und eine Ableitung für auskondensierte Flüssigkeit aufweist.
Hydrauliksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Heizeinrichtung (9, 9b) ein Temperatursensor (12) zur Ermittlung der Temperatur des Hydraulikfluids angeordnet ist.
Hydrauliksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet, durch einen Sensor (11) zur Bestimmung des Wassergehalts in der Hydraulikflüssigkeit.
Hydrauliksystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regeleinrichtung zur Regelung der Heizeinrichtung vorgesehen ist.
Hydrauliksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung ein mit der Abwärme von Komponenten des Fahrzeugs beheizter Wärmetauscher ist.
Verfahren zur Entwässerung von einer Hydraulikflüssigkeit in einem Hydrauliksystem, dadurch kennzeichnet, dass Hydraulikflüssigkeit bis zum Siedepunkt erwärmt und der sich bildende Wasserdampf aus dem Hydrauliksystem ausgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserdampf in dem Hydrauliksystem auskondensiert und die flüssige Phase aus dem System abgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser im laufenden Betrieb eines Kraftfahrzeugs aus diesem Hydraulikfluid entfernt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung des Hydraulikfluids auf Siedetemperatur durch einen Temperatursensor überwacht wird.