DE3518985A1

DE3518985A1 - Vorrichtung zur ueberwachung oder steuerung des hilfsdruckes in einer hydraulischen anlage

Info

Publication number: DE3518985A1
Application number: DE19853518985
Authority: DE
Inventors: Juan 6083 Walldorf Belart; Uwe Dr. 7825 Lenzkirch Kaiser-Dieckhoff
Original assignee: Alfred Teves GmbH
Current assignee: Continental Teves AG and Co oHG
Priority date: 1985-05-25
Filing date: 1985-05-25
Publication date: 1986-11-27

Description

Vorrichtung zur Überwachung oder Steuerung des
Hilfsdruckes in einer hydraulischen Anlage Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Uberwachung und/oder Steuerung des Druckes in dem Hilfsdruck-Versorgungssystem einer hydraulischen Anlage, insbesondere einer Kraftfahrzeug-Bremsanlage, die einen Druckspeicher mit einer durch eine Membran, einen Balg oder einer anderen elastischen Wandung von dem Druckübertragungsmittel getrennten, abgedichteten, gasgefüllten Kammer besitzt, mit Drucksensoren, Schaltern und/ oder Schaltkreisen zur Erzeugung von elektrischen Steuersignalen oder zur Anzeige des Betriebszustandes.
Es ist bereits bekannt, zur Steuerung und Uberwachung des Hilfsdruckes einer Bremsanlage einen Druck- und Warnschalter zu verwenden, bei dem der hydraulische Druck über einen axial verschiebbaren Kolben auf mechanisch betätigbare Schalter übertragen wird. Durch abgedichtete Lagerung des Kolbens innerhalb des Zylinders wird dabei verhindert, daß das auf eine Stirnfläche des Kolbens einwirkende Druckübertragungsmittel mit den mechanischen Schaltern in Kontakt gelangt. Auf diese Weise wird auch bei Verwendung von chemisch aggressiven Druckübertragungsmitteln eine ausreichende Lebensdauer bzw.
Alterungsbeständigkeit des Druck- und Warnschalters erreicht. Allerdings sind solche Schalter relativ aufwendig; die Abdichtung eines verschiebbaren Kolbens, der von einem unter hohem Druck stehenden Druckübertragungsmittel beaufschlagt wird, bereitet grundsätzlich Schwierigkeiten.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu überwinden und eine Vorrichtung zur Überwachung oder Steuerung des Hilfsdruckes einer hydraulischen Anlage zu entwickeln, die sich vor allem durch einfachen Aufbau, hohe Lebensdauer und hohe Zuverlässigkeit und durch geringen Herstellungsaufwand auszeichnet.
Ferner ist eine ausreichende Ansprechempfindlichkeit und eine präzise Reaktionsfähigkeit auf Druckänderungen gefordert.
Es hat sich nun herausgestellt, daß sich diese Aufgabe in überraschend einfacher, technisch fortschrittlicher Weise durch Weiterbildung einer Vorrichtung der eingangs genannten Art lösen läßt, die darin besteht, daß die Drucksensoren geschützt vor einem Kontakt mit dem Druckübertragungsmittel im Inneren der gasgefüllten Kammer des Druckspeichers oder in einem an diese Kammer angeschlossenen Raum angeordnet sind.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsart der Erfindung sind die Drucksensoren in Form von piezo-elektrischen oder piezo-resistiven Druckaufnehmern ausgebildet und mit einer elektronischen Meßschaltung, z.B. einer Brückenschaltung kombiniert mit einer elektronischen Auswerteschaltung, ausgerüstet. Die Verwendung eines kapazitiven Druckaufnehmers ist ebenfalls denkbar und in manchen Anwendungsfällen von Vorteil.
Nach einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Druckaufnehmer des Drucksensors über ein in die gasgefüllte Kammer des Druckspeichers hineinragendes Rohr oder einen Rohrstutzen angeschlossen, dessen Einlaß durch die Membran bzw. durch die elastische Wandung bei zu geringem Gasvolumen verschließbar ist.
Die Erfindung beruht somit auf der Erkenntnis, daß sich bei hydraulischen Anlagen der hier in Rede stehenden Art eine erhebliche Vereinfachung, Verbilligung und Verbesserung der Überwachung und Steuerung des Hilfsdruckes erreichen läßt, wenn der Drucksensor im Inneren der gasgefüllten Kammer oder in einem mit dieser in Verbindung stehenden Raum angeordnet wird. Eine Berührung mit dem chemisch aggressiven Druckübertragungsmittel wird dadurch verhindert. Es kann als Druckaufnehmer ein vergleichsweise billiges und zuverlässiges piezo-elektrisches oder piezo-resistives Meßelement oder auch ein kapazitiver Meßwertaufnehmer verwendet werden. Die Alterungsbeständigkeit solcher einfachen Meßelemente ist in der Gasatmosnhäre - es handelt sich meistens um Stickstoff - sehr hoch. Während der Lebensdauer eines solchen Druckspeichers ist keine Änderung der elektrischen Eigenschaften dieser Meßelemente zu erwarten.
Über die Membran bzw. die elastische Wandung, die die gasgefüllte Kammer von dem unter Druck stehenden Druckübertragungsmittel trennt, wird jede Druckänderung übertragen und mit Hilfe des Druckaufnehmers und der zugehörigen elektronischen Meßschaltung in ein elektrisches Signal umgesetzt, das zur Überwachung und Steuerung des Hilfsdruckes verwertbar ist.
Der Gesamtaufwand für die Druckmessung ist gering, weil die gasgefüllte Kammer und die das Gas von dem Druckübertragungsmittel trennende Membran oder elastische Wandung als Bestandteil des Druckspeichers ohnehin in der Bremsanlage vorhanden sind.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der beigefügten Abbildungen hervor.
Es zeigen in schematisch vereinfachter Darstellung Fig. 1 die wichtigsten Bestandteile und die hydraulische Schaltung einer Bremsanlage mit einer Uberwachungs- und Steuerungsvorrichtung der erfindungsgemäßen Art, Fig. 2 in Teildarstellung, teilweise im Schnitt die konstruktive Gestaltung eines Hydraulikspeichers der Bremsanlage nach Fig. 1 gemäß einer weiteren Ausführungsart der Erfindung und Fig. 3 einen Druckaufnehmer in Verbindung mit einer elektronischen Meß- und Auswerteschaltung für die Bremsanlage nach Fig. 1.
Fig. 1 zeigt eine hydraulische Bremsanlage mit hydraulischer Bremskraftverstärkung. Die beiden wesentlichen Bestandteile der Anlage sind ein Bremsdruckgeber 1 und ein Hilfsdruck-Versorgungssystem 2. Der Bremsdruckgeber 1 setzt sich aus einem hydraulischen Bremskraftverstärker 3, einem Tandem-Hauptzylinder 4 und einem Druckmittel-Ausgleichs- und Vorratsbehälter 5 zusammen. Über ein Bremspedal 6, auf das die Pedalkraft F in Richtung des Pfeiles einwirkt, wird in dem Bremskraftverstärker 3 ein zur Pedalkraft F proportionaler, verstärkter hydraulischer Druck hervorgerufen, der über die Kolben 7 und 8 des Hauptzylinders 4 hydraulischen Druck in den Arbeitskammern 9,10 und damit in den angeschlossenen Bremskreisen I,II erzeugt. Der Bremsdruck gelangt schließlich über die Bremskreise I,I';II,II' zu den einzelnen, hier nicht dargestellten Radbremsen.
In den Druckmittelwegen von dem Hauptzylinder 4 zu den Radbremsen ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel noch ein Bremsdruckmodulator 11 eingefügt, der beispielsweise zur Regelung des Radschlupfes die Übertragung des hydraulischen Druckes von dem Hauptzylinder 4 zu den Radbremsen zeitweise unterbinden und sogar eine Druckabsenkung herbeiführen kann. Im Normalfall ist der Bremsdruckmodulator 11 für die beiden Bremskreise I,II auf Durchlaß geschaltet, so daß auch an den Ausgängen des Modulators 11 bzw. in den an den Ausyang angeschlossenen Bremskreisen I',II' der gleiche Druck herrscht.
Nach dem Ansprechen des Bremsdruckmodulators kann dagegen der Verbindungsweg I-I',II-II' unterbrochen und sogar eine (hier nicht gezeigte) Rückflußleitung von den Bremskreisen I',II' zu dem Ausgleichsbehälter 5 geöffnet werden.
Der Modulator 11 wird hier elektrisch gesteuert, wozu er über eine Vielfachleitung 12 Steuersignale von einem elektronischen Regler 13 erhält. Handelt es sich um eine blockiergeschützte elektronische Bremsanlage, werden dem Regler 13 über radindividuelle Meßwertaufnehmer oder Radsensoren S1 - S4 elektronische Signale zugeführt, die das Raddrehverhalten darstellen und aus denen der Regler durch logische Verknüpfung und Signalverarbeitung die Stellsignale für den Bremsdruckmodulator 11 erzeugen kann.
Dem Regler 13 werden üblicherweise, außer den Sensorsignalen, noch weitere Informationen zugeführt, die ebenfalls bei der Erzeugung der Steuersignale für den Modulator 11 bzw. bei der Steuerung des Bremsdruckes in den Kreisen I',II' zu berücksichtigen sind. Eine Signalleitung 14 dieser Art, deren Zweck nachstehend noch erläutert wird, ist mit einem Drucksensor 15 verbunden.
Das Hilfsdruck-Versorgungssystem der dargestellten Bremsanlage umfaßt eine elektromotorisch angetriebene Hydraulikpumpe 16, einen Hydraulikspeicher 17, einen Druckschalter 18 sowie einen Druckausgleichsbehälter 20, an dem die Saugseite der Pumpe 16 angeschlossen ist; in der Praxis bietet es sich an, den Behälter 5 mit dem Behälter 20 baulich zu vereinigen.
Die Druckseite der Pumpe 16 ist über ein Rückschlagventil 21 mit dem hydraulischen Bremskraftverstärker 3 des Bremsdruckgebers 1 verbunden.
Erfindungswesentlich ist die Anordnung und Ausbildung des Drucksensors 15, dessen elektrisches Ausgangssignal über eine Signalleitung 22 mit dem Druckschalter 19 verbunden ist, damit in Abhängigkeit von der momentanen Höhe des hydraulischen Druckes im Versorgungssystem 2 der elektrische Antriebsmotor M der Hydraulikpumpe 16 eingeschaltet und wieder stillgesetzt werden kann. In der Praxis bietet es sich an, den Druckschalter 19 in einem Gehäuse mit dem Drucksensor 15 zu vereinigen.
Der Innenraum des Hydraulikspeichers 17 wird durch eine elastische Membran 23 in zwei Kammern unterteilt, nämlich in die gasgefüllte Kammer 24 und in die Arbeitskammer 25, die mit dem Hilfsdruck-Versorgungssystem hydraulisch verbunden und daher mit Druckmittel gefüllt ist.
Als Druckgas zur Füllung der Kammer 24 gilt reiner Stickstoff als besonders geeignet. In dieser inerten Atmosphäre ist erfindungsgemäß der Drucksensor angeordnet, so daß sich mit diesem der in dem Hilfsdruck-Versorgungssystem bzw. in einer Anschlußleitung 26 herrschende Druck messen läßt, ohne daß jedoch der Drucksensor dem in der Regel chemisch aggressiven Druckübertragungsmit tel, z.B. einer für derartige Bremsanlagen notwendigen Bremsflüssigkeit, ausgesetzt ist.
In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Drucksensor nicht direkt in der gasgefüllten Kammer 24, sondern in einem an diese Kammer 24 angeschlossenen Raum 27 angeordnet, in der sich folglich ebenfalls Stickstoff befindet und in der gleichfalls der momentane Gasdruck herrscht.
Die Verbindung zwischen dem Ra-um 27 und der Kammer 24 stellt hier ein kurzes Rohr oder ein Rohrstutzen dar, der in die Kammer 24 soweit hineinragt, daß sich bei unzulässig niedrigem Gasdruck in der Kammer 24 die Membran 23 an den Stutzen 28 anlegt und dessen Anschluß- oder Durchlaßöffnung zu dem Raum 27 verschließt. Auf diese Weise wird - gewissermaßen als Nebeneffekt der erfindungsgemäßen Drucksensor-Anordnung - eine Überwachung der Mindest-Gasmenge in der Kammer 24 erreicht. Über den Drucksensor 15 und die Signalleitung 14 wird ein durch das Verschließen des Rohrstutzens 28 ausgelöstes Signal dem elektronischen Regler 13 zugeführt und dort logisch mit den übrigen Signalen verknüpft. Das durch die ungenügende Gasmenge ausgelöste Signal führt über den Regler 13 zum Einschalten einer (nicht gezeigten) Warnleuchte und/oder zur automatischen Stillsetzung der Bremsschlupfregelung. Mit herkömmlichen Überwachungsvorrichtungen ist eine zu geringe Gasmenge, die einen unverzüglichen Austausch des Hydraulikspeichers zur Folge haben sollte, nicht erkennbar.
Als Drucksensor 15 lassen sich erfindungsgemäß - unabhängig von der Anordnung des Sensors in der Kammer 24 oder in dem Raum 27 - sehr einfache und daher sehr preiswerte piezo-elektrische oder piezo-resistive Druckaufnehmer in Verbindung mit elektronischen Meßschaltungen verwenden. Ähnlich aufgebaute kapazitive Druckaufnehmer kommen ebenfalls in Frage. Da die Oberflächen dieser Druckaufnehmer in der Kammer 24 oder in dem Raum 27 ausschließlich inertem Gas ausgesetzt sind, ist unter ueblichen Bedingungen mit einer langen Lebensdauer und hohen Alterungsbeständigkeit der Druckaufnehmer zu rechnen, und zwar ohne daß eine Schutzschicht oder etwas Xhnliches notwendig wäre.
Meßschaltungen, die zur Erzeugung, Verstärkung und Auswertung der druckbedingten bzw. druckproportionalen Änderungen solcher Piezo-Druckaufnehmer erforderlich sind, lassen sich zweckmäßigerweise mit den Druckaufnehmern baulich vereinigen. Dies ist insbesondere dann ohne Schwierigkeiten möglich, wenn ein integrierter Schaltkreis die Erkennung, Umwandlung und Auswertung der Druckaufnehmersignale übernimmt. Eine Kombination derartiger Schaltungen mit dem Druckaufnehmer in Hybrid-Technik bietet sich ebenfalls an. Mit dem in der zugehörigen Meßschaltung verarbeiteten Signal des Drucksensors 15 wird dann unmittelbar, erforderlichenfalls unter Zwischenschaltung eines weiteren Verstärkers und/oder loyischer Verknüpfungsschaltungen 18, der Druckschalter 19 derart angesteuert, daß er, sobald der hydraulische Druck die untere Grenze des Arbeitsbereiches erreicht, den Motor M der Hydraulikpurnpe 16 in Lauf setzt und erst dann wieder abschaltet, wenn die obere Druck-Schaltschwelle erreicht ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines eMfindunysgemäß geänderten oder ergänzten Hydraulikspeichers 17' zeigt Fig. 2. Dargestellt ist ein Teil im Bereich der Gas-Einfüllöffnung der Kammer 24'. Anstelle des verschlußstut zens 29 in Fig. 1 wurde im Verschluß 29' der Schweißstutzen 30 abgeändert, so daß über ein Rohrstück 31 eine Verbindung in einen Raum 32', der sich in einem zusätzlichen Bauteil 32 befindet, hergestellt wurde. In dem Raum 32' ist in diesem Fall der Piezo-Drucksensor 15' angeordnet. Ein elektrischer Anschluß 33 nach außen, der wiederum, wie in Fig. 1, über eine Vorstufe 18' und einen Druckschalter 19' zu dem Antriebsmotor M der Hydraulikpumpe 16 führt, ist ebenfalls angedeutet.
Ein Beispiel einer elektronischen Meß- und Auswerteschaltung 34 in Verbindung mit einer piezo-elektrischen Brückenschaltung 35, die hier als Druckaufnehmer dient, und einer Schaltung 36 zur Stabilisierung der Batteriespannung UB zeigt Fig. 3. Die Gesamtschaltung 34, ggf.
sogar in Verbindung mit den Bauteilen (36) zur Stabilisierung der Batteriespannung läßt sich durch einen integrierten Schaltkreis verwirklichen, der in unmittelbarer Nähe der Piezo-Brückenschaltung untergebracht werden kann.
Mindestens einer der Widerstände R1,R2,R3 und R4, hier die Widerstände R1 und R3, der Brückenschaltung 35 sind unmittelbar dem Gasdruck in der Kammer 24 oder in dem Raum 27 (siehe Fig. 1) oder in dem Bauteil 32 (siehe Fig. 2) ausgesetzt und ändern ihren elektrischen Widerstand proportional zur Höhle des zu messenden Druckes. Da an den Klemmen K1 und K2 eine konstante Spannung ansteht, stellt die Änderung der Brückenspannung, die zwischen den Klemmen K3 und K4 anliegt, ein Abbild des momentan herrschenden Druckes dar. Selbstverständlich sind Kompensationsglieder zur Berücksichtigung temperaturbedingter Änderungen sowohl in den Spannungsstabilisator 36 als auch in der Meß- und Auswerteschaltung 34 erforderlich; symbolisch ist dies in den Schaltkreisen 35,37 angedeutet. Der Schaltkreis 37 im Inneren der Schaltung 34 dient als Vorverstärker, mit dem ein der Klemmenspannung K3/K4 proportionales Signal erzeugt und über die Ausgangsklemme A an die beiden Spannungsteiler Spl,Sp2 angelegt wird. Die elektrische Energie wird dem Schaltkreis 37 über einen Strombegrenzer 38 zugeführt. Ein Kondensator c dient zur Glättung sehr kurzzeitiger Spannungsänderungen, die auf Störungen zurückgehen.
Am Mittelabgriff der beiden Spannungsteiler Spl,Sp2 stehen nunmehr druckproportionale Spannungen unterschiedlicher Amplituden zur Verfügung, die in den nachgeschalteten Komparatoren V1,V2 mit von außen über die Klemmen K5 und K7 zugeführten Spannungen vergleichbar sind. Ausgangssignale, die das Vergleichseryebnis wiedergeben, lassen sich von den Ausgangsklemmen K6,K8 des integrierten Schaltkreises 34 abgreifen und, eventuell nach weiterer Verstärkung, zur Drucksteuerung dem Antriebsmotor M der Hydraulikpumpe 16, vgl. Fig. 1, und/oder über den Regler 13 einer (nicht gezeigten) Warnschaltung zuführen.
Die in Fig. 3 dargestellte Schaltung gibt nur eine von zahlreichen Möglichkeiten wieder. Schaltungen dieser Art sind handelsüblich oder lassen sich auf einfache Weise mit vorbereiteten Schaltkreisen in analoger oder digitaler Schaltungstechnik realisieren.

Claims

Patentansprüche 1. Vorrichtung zur Uberwachung und/oder Steuerung des Druckes in dem Hilfsdruck-Versorgungssystem einer hydraulischen Anlage, insbesondere einer Kraftfahrzeug-Bremsanlage, die einen Druckspeicher mit einer durch eine Membran, einen Balg oder einer anderen elastischen Wandung getrennten, gegenüber dem Druckübertragungsmittel abgedichteten, gasgefüllten Kammer besitzt, mit Drucksensoren, Schaltern und/oder Schaltkreisen zur Erzeugung von elektrischen Steuersignalen und/oder zur Anzeige des Betriebszustandes, dadurch g e k e n n z e i c h n-e t , daß die Drucksensoren (15,15') geschützt vor Kontakt mit dem Druckubertragungsmittel im Inneren der gasgezüllten Kammer (24,24') des Druckspeichers (17,17') oder in einem an diese Kammer (24,24') angeschlossenen Raum (27,32) angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Drucksensoren (15,15') in Form von piezo-elektrischen oder piezo-resistiven Druckaufnehmern (Rl,R3) ausgebildet sind, die mit einer elektronischen Meßschaltung (34,35), z.B. einer Brückenschaltung (34) kombiniert mit einer Auswerteschaltung (35), in Verbindung stehen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Drucksensoren (15,15') in Form von kapazitiven Druckaufnehmern ausgebildet sind, die mit einer elektronischen Meßschaltung (34, 35) in Verbindung stehen.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Druckaufnehmer (R1,R3) des Drucksensors (15,15') über ein in die gasgefüllte Kammer (24,24') des Druckspeichers (17, 17') hineinragendes Rohr (28,31) oder einen Rohrstutzen angeschlossen ist, dessen Einlaß durch die Membran (23) oder durch die elastische Wandung bei zu geringem Gasvolumen bzw. zu starker Verringerung des Gasvolumens verschließbar ist.