DE19923415A1

DE19923415A1 - Verfahren zum Entwässern von Hydraulikflüssigkeiten sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE19923415A1
Application number: DE19923415A
Authority: DE
Inventors: Ralf Joachim Conhoff; Christian Mayer; Walter Jehle
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1999-05-21
Filing date: 1999-05-21
Publication date: 2000-11-30
Anticipated expiration: 2019-05-22
Also published as: WO2000071233A1; DE19923415C2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Entwässern von Hydraulikflüssigkeiten innerhalb eines Hydrauliksystems, wobei in der Hydraulikflüssigkeit enthaltenes Wasser nach dem Prinzip der Pervaporation an einer für Wasser durchlässigen und für die Hydraulikflüssigkeit undurchlässigen Membran in deren Bereich ein Partialdruckgefälle für Wasser aufrechterhalten wird, von der Hydraulikflüssigkeit abgetrennt wird. Gemäß der Erfindung wird permeatseitig zur Aufrechterhaltung des Wasserdampfpartialdruckgefälles das abgetrennte Wasser an einem Absorptionsmittel absorbiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entwässern von Hydrau likflüssigkeiten sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

In Hydrauliksystemen sowohl zum hydrostatischen als auch zum hydrodynamischen Antrieb werden Hydraulikflüssigkeiten einge setzt. Hydrauliksysteme werden vor allem in Steuer-, Regel-, Antriebs- und Bremsvorrichtungen von Fahrzeugen, Flugzeugen und anderen Geräten eingesetzt.

Speziell im Kraftfahrzeugbau sind Hydrauliksysteme wesentliche Komponenten. Die Bremsflüssigkeit dient als Medium der Kraftübertragung und -übersetzung in den Fahrzeugbaugruppen Kupplung und Bremse. Der im Hauptbremszylinder erzeugte Druck wird durch die Bremsflüssigkeit an die Radbremszylinder über tragen. Für die Funktion und die Auslegung sind daher die Ei genschaften der Bremsflüssigkeit von großer Bedeutung. Eine Bremsflüssigkeit muß eine Vielzahl unterschiedlicher Anforde rungen erfüllen, insbesondere:

- hoher Siedepunkt,
- geringe Kompressibilität,
- guter Korrosionsschutz,
- Verträglichkeit mit Elastomeren,
- geringe Löslichkeit von Gasen,
- einfache Entsorgbarkeit.

Die Eigenschaften der Bremsflüssigkeiten werden durch ihren chemischen Aufbau bestimmt. Eine Bremsflüssigkeit die alle Ei genschaften gleichzeitig besitzt ist derzeit nicht verfügbar.

Die heute eingesetzten Bremsflüssigkeiten sind insbesondere auf der Basis von Polyglykolether aufgebaut. Diese Bremsflüssigkei ten weisen mehrere der geforderten Eigenschaften auf. Nachtei lig ist jedoch, daß sie hygroskopisch sind, was zu einer Was seraufnahme der Bremsflüssigkeit führt. Durch die Zugabe von Borsäure kann dem entgegengewirkt werden. Dadurch entstehen aus den Polyglykolen Boratesther. Bei höheren Wasserkonzentrationen spaltet sich der Borsäureesther in Borsäure und Polyglykole ther. Mit diesem Zusatz von Borsäure entstehen Bremsflüssigkei ten die unempfindlicher gegen Wasser sind (z. B. DOT-4 und höhe re).

Doch selbst mit verbesserten Bremsflüssigkeiten und mit kon struktiven Maßnahmen zur Verminderung des Wassereintrags steigt mit der Zeit der Wassergehalt an, gleichzeitig sinkt der Siede punkt. Somit bestehen derzeit Wechselintervalle für die Brems flüssigkeit im Bereich von 1-3 Jahren. Dies ist auch im Hin blick auf die Entsorgung der verbrauchten Bremsflüssigkeit pro blematisch, so daß grundsätzlich längere Wechselintervalle an zustreben sind.

In der JP 62203864 ist ein Verfahren zum kontinuierlichen Ent wässern von Bremsflüssigkeiten beschrieben, bei der eine Poly mermembran in einen Bremsschlauch integriert ist. Aufgrund der unterschiedlichen Moleküldurchmesser ist die Membran nur für Wasser, jedoch nicht für die Bremsflüssigkeit durchlässig. Auf welche Weise das durch die Membran hindurchgetretene Wasser permeatseitig zur Aufrechterhaltung eines Wasserdampfpar tialdruckgefälles weiterbehandelt wird, ist in dieser Litera turstelle nicht näher beschrieben.

In der WO 98/48175 ist ein Verfahren zur Entwässerung von Hy draulikflüssigkeiten durch Pervaporation unter Einsatz einer Lösungs-/Diffusionsmembran offenbart. Zur Aufrechterhaltung ei ner Wasserdampfpartialdruckdifferenz wird entweder innerhalb des Hydrauliksystems ein Überdruck oder permeatseitig ein Un terdruck aufgebaut.

Darüberhinaus ist dem Fachmann bekannt, bei Anwendung der Per vaporation das abgetrennte Wasser an einem permeatseitigen Kon densator zu verflüssigen. Dies ist mit einem relativ hohen ap parativen Aufwand verbunden und deshalb insbesondere ein einem Kraftfahrzeug nicht ohne weiteres realisierbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrich tung zum Entwässern von Hydraulikflüssigkeiten, insbesondere Bremsflüssigkeiten, zu schaffen, das ein Entwässern bei gerin gem Platzbedarf in zuverlässiger Weise ermöglicht.

Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist Gegenstand des Anspruchs 2.

Gemäß der Erfindung wird das in der Hydraulikflüssigkeit ent haltene Wasser nach dem Prinzip der Pervaporation an einer für Wasser durchlässigen und für die Hydraulikflüssigkeit undurch lässigen Membran von der Hydraulikflüssigkeit abgetrennt. Damit das Wasser durch die Membran hindurch transportiert werden kann, muß ein treibende Kraft vorhanden sein. Als treibende Kraft dient ein Wasserdampfpartialdruckgefälle zwischen den beiden Seiten der Membran. Zur Aufrechterhaltung des Wasser dampfpartialdruckgefälles ist auf der Permeatseite ein Absorp tionsmittel (im folgenden auch Trockenmittel oder Absorbens ge nannt) vorhanden, an der das Wasser absorbiert wird. Unter Ab sorption versteht man das Eindringen von Gasen in Flüssigkeiten oder Festkörpern. Es ist somit eine Form der Sorption. Im Ge gensatz zur Adsorption spielt bei der Absorption die Oberfläche eine geringere Rolle. Im Allgemeinen ist die Absorption mit ei ner Volumenvergrößerung des Absorptionsmittels verbunden.

Das Absorptionsmittel ist noch stärker hygroskopisch als die Hydraulikflüssigkeit selbst. Besonders geeignet sind Substanzen, welche mit Wasser eine chemische Verbindung eingehen und bei welchen das Wasser erst durch Brennen bei höheren Temperaturen abgespalten werden kann. Dazu zählt zum Beispiel CaO (Brannt kalk) oder MgO (Magnesia). Das Absorptionsmittel kann vorteil haft auf einem inerten, porösen Trägermaterial angeordnet sein. Sobald das Absorptionsmittel vollständig mit Wasser beladen ist, muß es ersetzt werden. Beim Einbau in das Hydrauliksystem wird das Absorptionsmittel vorteilhaft derart positioniert, daß es schnell und einfach ausgetauscht werden kann.

Für die einzusetzenden Membranen bestehen besondere Anforderun gen, insbesondere hinsichtlich deren chemischer, thermischer und mechanischer Eigenschaften. So sind z. B. bei einer Bremshy draulik Temperaturen bis 200°C und Drücke bis 200 bar üblich. Es wird deshalb vorteilhaft eine Compositmembran eingesetzt, die einen porösen, metallischen Träger und gegebenenfalls eine keramische Zwischenschicht sowie einem dichten Polymerfilm, der die eigentliche Trennschicht (Lösungs-/Diffusionsmembran) dar stellt, umfaßt. Für diese Trennschicht kommen besonders vor teilhaft folgende Polymere zum Einsatz:

- Polyamid, insbesondere PA6 oder ein Mischpolymer aus PA6, PA66, PA136;
- Polyimid;
- Copolymer Ethylen-Propylen (EP) und dessen vernetzte Formen EPM oder EPDM.

Die Erfindung kann insbesondere in einem Bremssystem, vor allem in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden.

Die Membran kann z. B. zylinderförmig ausgebildet sein und in einem schlauchartigen Leitungsabschnitt des Bremssystems ange ordnet sein. Besonders geeignet ist hierbei die Anschlußleitung zum Bremssattel, wobei die Membran den dem Bremssattel benach barten Endabschnitt der Leitung bildet. Die Membran ist in die ser Ausführung über ihren gesamten Außenumfang von dem Absorp tionsmittel umgeben.

In weiteren vorteilhaften Ausführung kann die Membran auch eben ausgebildet sein. In dieser Form können Membran und Absorpti onsmittel besonders vorteilhaft im Boden eines Hydraulikkolbens innerhalb des Bremssystems angeordnet sein.

Bei Bremssystemen, bei denen die Bremsflüssigkeit in einem Kreislauf geführt wird, ist auch ein zentraler Einbau im Be reich eines Bremsflüssigkeitsvorratsbehälters vorteilhaft.

Die Vorteile der Erfindung liegen im wesentlichen darin, daß ein zuverlässiges und platzsparendes Entwässern der Hydraulik flüssigkeit erreicht wird. Insbesondere können die Wechselin tervalle der Hydraulikflüssigkeit wesentlich erhöht werden. Die erfindungsgemäße Funktion ist bei Drücken bis mindestens 200 bar sowie bei Temperaturen bis mindestens 200°C gewährleistet. Die Entwässerung ist insbesondere auch unabhängig von den atmo sphärischen Umgebungsbedingungen.

Beispiele

Im Laborversuch wurden 20 g CaO als Trockenmittel mit einer PA6 Membran (20 µm Dicke, Fläche 45 cm²) und 120 g einer Hydraulikflüs sigkeit DOT4+ mit 3 g H₂O bei Temperaturen zwischen 160 und 180°C in Kontakt gebracht. Dabei sank der Wassergehalt von an fänglichen 2,6% auf 1% nach 70 Stunden.

Bei einem weiteren Versuch mit 3,4 g CaO und einer PA6 Membran wurde der Wassergehalt aus 40 g DOT4+ von 2,5% Wasser bei 60°C in 300 Stunden auf 0,5% Wassergehalt reduziert. Dabei wurden 0,8 g Wasser entfernt.

Bei einem weiteren Versuch mit 3,4 g CaO und einer PA6 Membran wurde der Wassergehalt aus 40 g DOT4+ von 2,5% Wasser bei 100°C in 83 Stunden auf 0,5% Wassergehalt reduziert. Dabei wurden 0,8 g Wasser entfernt.

Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung werden im folgenden an hand von Zeichnungen näher erläutert. Sie zeigen jeweils Vor richtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 1 zeigt eine erste erfindungsgemäße Ausführung an einem Bremssattel 1 einer ansonsten nicht näher dargestellten Rad bremse eines Kraftfahrzeugs. In einer gehäuseseitigen Anschluß verschraubung 2 der Bremshydraulik ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 3 zur Entfeuchtung der Bremsflüssigkeit über einen Schraubanschluß 4 mit dem Bremssattel 1 verbunden. Die Vorrich tung 3 umfaßt eine rohrförmig ausgebildete Membran 5 in direk tem Kontakt zur Bremsflüssigkeit. Die Membran ist erfindungsge mäß von Trockenmittel 6 umgeben, welches die durch die Membran transportierte Feuchte aufnimmt und bindet. Über eine Ver schraubung 8 ist ein Bremsschlauch 7 zur Druckversorgung des Bremssattels 1 angeschlossen.

Fig. 2 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführung. Der Bremssattel 1 ist im wesentlich identisch zu dem in Fig. 1 dargestellten. Allerdings ist die erfindungsgemäße Entfeuch tungsvorrichtung nicht im Bremsschlauch 7 integriert, sondern als separate bauliche Einheit direkt auf den Bremssattel aufge schraubt (Verschraubung 13). Sie steht mit dem Druckraum des Bremssattels 1 in Kontakt. Die Entfeuchtungsvorrichtung kann besonders vorteilhaft an der Stelle einer hier nicht darge stellten Entlüftungsschraube angeordnet sein. Die mit Feuchtig keit beladene Bremsflüssigkeit gelangt in den Raum 12, in wel chem sie sich vor der flach ausgebildeten Membran ausbreiten kann. Auf der Membranrückseite befindet sich das Trocknungsmit tel 10, welches die Feuchtigkeit aufnimmt. Im Unterschied zu der in Fig. 1 gezeigten Ausführung liegt die Entfeuchtungsvor richtung nicht im Durchfluß einer Hydraulikleitung. Ein Aus tausch der Vorrichtung nach Art einer Patrone wird vereinfacht.

Dieser Austausch kann mit der Entlüftung des Bremssattels ver bunden werden.

Fig. 3 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführung. Darge stellt ist ein Bremssattel 14 in einem Teilschnitt. In einem Zylindergehäuse 16 ist ein Bremskolben 15 verschiebbar angeord net. Die erfindungsgemäße Entfeuchtungsvorrichtung mit Membran 19 und Trockenmittel 20 ist auf der Stirnseite des Zylinderge häuses verschraubt. Die Bremsflüssigkeit im Druckbereich hinter dem Kolben 15 kann somit direkt mit der Membran 19 in Kontakt kommen und ihre Feuchtigkeit über die Membran 19 an das Trocknungsmittel 20 abgeben. Diese Ausführung erlaubt somit ei ne Entfeuchtung unmittelbar im Bereich einer drohenden Dampf blasenbildung. Außerdem kann die Entfeuchtungsvorrichtung in der gezeigten Position leicht und schnell ausgetauscht werden.

Fig. 4 zeigt eine weitere, besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung. Hier ist der Kolben 21 innerhalb des Bremssat tels 14 derart gestaltet, daß die Membran 23 im Kolben inte griert ist. Ähnlich wie in Fig. 3 erlaubt diese Ausführung eine Entfeuchtung im Bereich der drohenden Dampfblasenbildung. In dem auf der Rückseite der Membran gebildeten Raum befindet sich das Trocknungsmittel 22. Mit dieser Ausführung der Erfindung kann ein relativ großes Volumen an Trocknungsmittel unmittelbar in der Radbremse vorhanden sein, so daß eine lang anhaltende Entfeuchtungsleistung mit entsprechend erweiterten Wechselin tervallen erreicht wird.

Claims

1. Verfahren zum Entwässern von Hydraulikflüssigkeiten inner halb eines Hydrauliksystems, wobei in der Hydraulikflüssig keit enthaltenes Wasser nach dem Prinzip der Pervaporation an einer für Wasser durchlässigen und für die Hydraulik flüssigkeit undurchlässigen Membran (5, 11, 19, 23), in deren Bereich ein Partialdruckgefälle für Wasser aufrechterhalten wird, von der Hydraulikflüssigkeit abgetrennt wird, dadurch gekennzeichnet, daß per meatseitig zur Aufrechterhaltung des Wasserdampfpar tialdruckgefälles das abgetrennte Wasser an einem Absorpti onsmittel (6, 10, 20, 22) absorbiert wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb eines Hydrauliksystems eine für Wasser durch lässige und für Hydraulikflüssigkeit undurchlässige Membran (5, 11, 19, 23) vorgesehen ist, und permeatseitig ein Absorp tionsmittel (6, 10, 20, 22) vorhanden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ab sorptionsmittel (6, 10, 20, 22) CaO oder MgO ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ab sorptionsmittel auf einem inerten, porösen Trägermaterial angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mem bran eine Compositmembran ist, bei der ein Polymermaterial auf einem metallischen und/oder keramischen Träger angeord net ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Po lymermaterial ein

- Polyamid, z. B. PA6, oder ein Polyamid-Mischpolymer, z. B. aus PA6, PA66, PA136; oder ein
- Polyimid, oder ein
- Copolymer Ethylen-Propylen EP oder eines seiner vernetz ten Formen EPM oder EPDM ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hy draulikflüssigkeit eine Bremsflüssigkeit ist und das Hy drauliksystem ein Bremssystem ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Membran (5) und Absorptionsmittel (6) in einem schlauchartigen Lei tungsabschnitt (7) des Bremssystems integriert ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mem bran (5) zylindrisch ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mem bran (11, 19, 23) eben ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 7 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß Mem bran (11) und Absorptionsmittel (10) in einer separaten baulichen Einheit (9) auf der Außenoberfläche eines Brems sattels (1) des Bremssystems befestigt sind.

12. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 7 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß Mem bran (19) und Absorptionsmittel (20) innerhalb einer Bremszylindergehäusewandung (17) des Bremsssystems angeord net sind.

13. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 7 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß Mem bran (23) und Absorptionsmittel (22) innerhalb eines Brems kolbens (21) des Bremssystems angeordnet sind.

14. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 7 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß Mem bran und Absorptionsmittel innerhalb eines oder benachbart zu einem Vorratsbehälter für die Bremsflüssigkeit des Bremssystems angeordnet sind.