DE4311594A1

DE4311594A1 - Hydraulische oder pneumatische Anlage mit einer Einrichtung zur Vermeidung von Druckstößen

Info

Publication number: DE4311594A1
Application number: DE19934311594
Authority: DE
Inventors: Stefan Dipl Ing Sparschuh
Original assignee: ITT Automotive Europe GmbH; Alfred Teves GmbH
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1993-04-08
Filing date: 1993-04-08
Publication date: 1994-10-13

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische oder pneu matische Anlage mit einer Einrichtung zur Vermeidung von Druckstößen im wesentlichen bestehend aus:
mindestens einer Druckquelle,
mindestens einer Drucksenke,
mindestens einem Verbraucher,
einer ersten Leitung zwischen der Druckquelle und dem Verbraucher, die an mindestens einer Stelle sperr- oder drosselbar ist (erstes Schaltventil), und
einer zweiten Leitung zwischen der Drucksenke und dem Verbraucher, die an mindestens einer Stelle sperr- oder drosselbar ist (zweites Schaltventil).

In einem derartigen System treten Druckstöße auf, wenn die durch die Leitung strömende Flüssigkeitssäule plötzlich verzögert wird. Dies geschieht zum Beispiel dann, wenn die Zufuhr von Fluid aus der Druckquelle zum Verbraucher durch Schließen des ersten Schaltventils unterbrochen wird. Der Effekt tritt auch dann auf, wenn der Fluidstrom aus dem Verbraucher zur Senke durch Schließen des zweiten Schalt ventils gestoppt wird.

Es sind zwei Effekte zu berücksichtigen. Das zum Schaltven til fließende Druckmittel staut sich vor dem Schaltventil und es kommt zu einer Druckerhöhung vor dem Schaltventil, weil der Impuls der Flüssigkeitssäule abgebaut werden muß. Auf der anderen Seite des Schaltventils kommt es zu einem Unterdruck und damit verbunden zu Kavitationen, da sich die Druckmittelsäule aufgrund ihrer kinetischen Energie weiter fortbewegt und über das geschlossene Schaltventil kein Druckmittel nachfließt.

Mit den Druck- bzw. Unterdruckstößen werden Schallwellen in der Flüssigkeitssäule ausgelöst, die sich auf die Rohre und Schläuche des Systems übertragen und als Luftschall bzw. Körperschall abgegeben werden.

Derartige Effekte möchte man aber gerade bei Bremsanlagen vermeiden, da sie zu Beschädigungen der Anlage führen kön nen und auch akustische Störungen verursachen! Bei einer Bremsanlage werden die Druckquelle durch einen Hydraulik speicher und/oder Pumpe, die Drucksenke als Reservoir oder Niederdruckspeicher und der Verbraucher als Radbremse dar gestellt. Durch Öffnen und Schließen der Schaltventile kann der Druck in der Radbremse beliebig eingestellt werden. Dies wird zum Beispiel bei sogenannten ABS-Anlagen genutzt. In Zukunft werden aber derartige Bremsanlagen auch dann eingesetzt, wenn das Fahrzeug unabhängig von einer Tätig keit des Fahrers abgebremst werden soll; zum Beispiel dann, wenn eine automatische Abstandsregelung zwischen den Fahr zeugen einer Fahrzeugkolonne durchgeführt wird. Eine starke Geräuschemission einer derartigen Bremsanlage während des Betriebs kann aber aus vielfältigen Gründen nicht hingenom men werden.

Die Erfindung schlägt daher einen Katalog von Naßnahmen vor, die einzeln oder in Kombination eingesetzt werden kön nen, um eine optimale Geräuschreduzierung zu erreichen.

Die erste Maßnahme bezieht sich auf den Bereich zwischen der Druckquelle (Speicher, Pumpe) und dem ersten Schaltven til. Wenn das erste Schaltventil geöffnet ist, fließt Druckmittel aus der Quelle zum Verbraucher. Wenn das erste Schaltventil geschlossen wird, wird die Flüssigkeitssäule in dem besagten Leitungsstück plötzlich abgebremst. Dies führt zur einer Druckerhöhung unmittelbar vor dem Schalt ventil, da die plötzlich gestoppte Druckmittelsäule zusam mengedrückt wird. Die Druckerhöhung wird umso größer sein, je höher der Impuls der Druckmittelsäule war. Die Drucker höhung unmittelbar vor dem Schaltventil breitet sich in Form einer Schallwelle durch die Flüssigkeitssäule aus und wird auf die Rohre bzw. Leitungen und die angeschlossenen Geräte übertragen. Die Druckerhöhung kann verkleinert wer den, wenn der Impuls der Säule in anderer Weise abgebaut werden kann. Dazu schlägt die Erfindung vor, daß zu dem Leitungsstück eine Parallelleitung geschaltet wird, die An fang und Ende der Leitung miteinander verbindet und ein Rückschlagventil aufweist, das zur Druckquelle hin öffnet, also entgegen die Strömungsrichtung des Druckmittels in der Hauptleitung. Der Impuls des Druckmittels in der Hauptlei tung wird beim Schließen des Schaltventils auf die Druck mittelsäule in der Nebenleitung übertragen, dies führt in etwa zu einer Halbierung der Geschwindigkeit der Druckmit telsäule in der Hauptleitung. Der noch abzubauende Impuls wird verkleinert. Die Druckerhöhung vor dem Schaltventil wird daher entsprechend reduziert und nicht so hoch ausfal len.

Diese Maßnahme kann insbesondere dann vorgesehen werden, wenn aus konstruktiven Gründen die Druckquelle (bzw. der Speicher) nicht unmittelbar an das Schaltventil angesetzt werden kann und eine längere Leitung zwischen diesen beiden Elementen vorgesehen sein muß.

Die zweite Maßnahme betrifft das Leitungsstück zwischen dem zweiten Schaltventil und dem Reservoir. Hier tritt ein an derer Effekt in den Vordergrund.

Beim Druckabbau in dem Verbraucher (Bremse) fließt Druck mittel vom Verbraucher über das zweite Schaltventil zum Re servoir. Wenn das zweite Schaltventil geschlossen wird, wird die Druckmittelsäule jenseits des zweiten Schaltven tils, also zwischen dem Schaltventil und dem Reservoir auf grund ihres Impulses weiterfließen. Hinter dem Schaltventil wird daher ein Unterdruck auftreten, der so stark sein kann, daß Kavitationen auftreten. Dieses kann verhindert werden, wenn ein zweites Rückschlagventil in einer zweiten Parallelleitung zu der Leitung zwischen dem Reservoir und dem Schaltventil vorgesehen ist, das zum Schaltventil hin öffnet. In diesem Fall wird nämlich aufgrund des Unter drucks Druckmittel angesaugt, so daß der Unterdruck am Aus gang des Schaltventils abgebaut wird.

Mit Schließen des zweiten Schaltventils wird gleichzeitig die Druckmittelsäule, die vom Verbraucher zum zweiten Schaltventil fließt, abgebremst. Damit tritt unmittelbar vor dem zweiten Schaltventil eine Druckerhöhung auf, die sich, wie schon diskutiert, im System ausbreitet. Hier schlägt die Erfindung als dritte Maßnahme vor, daß ein drittes Rückschlagventil vorgesehen ist, das in eine dritte Leitung eingebaut wird, die den Eingang des zweiten Schalt ventils mit der Druckmittelquelle verbindet. Das dritte Ventil öffnet zum Speicher. Mit dieser Maßnahme können nur Druckspitzen abgebaut werden, die über dem Pumpendruck lie gen, bzw. über dem Speicherdruck, falls ein Speicher in der Druckquelle vorgesehen ist.

Eine vierte Maßnahme bezieht sich auf den Unterdruck, der am verbraucherseitigen Ausgang des ersten Schaltventils entsteht, wenn dieses plötzlich geschlossen wird. Dieser Unterdruck kann ausgeglichen werden, wenn der Ausgang des ersten Schaltventils über eine vierte Leitung mit dem Re servoir verbunden wird, wobei in diese Leitung ein viertes Rückschlagventil 24 eingesetzt ist, das zum Reservoir hin schließt. Sobald am Ausgang des ersten Schaltventils ein Unterdruck entsteht, kann Druckmittel über das Rückschlag ventil aus dem Reservoir nachfließen und einen Druckaus gleich herbeiführen.

Die bisher besprochenen Maßnahmen beziehen sich jeweils auf Leitungsstücke, die in der Regel nur in einer Richtung durchflossen werden. Häufig ist aber der Verbraucher zum Beispiel eine Radbremse weit vom Druckversorgungssystem entfernt, so daß die erste Leitung, die den Verbraucher mit dem Speicher verbindet und die zweite Leitung, die die Ver bindung zum Reservoir herstellt, in einem Punkt zusammenge führt werden und eine gemeinsame Leitung zum Verbraucher bilden. Diese gemeinsame Leitung wird, je nachdem ob der Druck im Verbraucher erhöht oder erniedrigt werden soll, sowohl in die eine als auch in die andere Richtung durch flossen. Auch diese Säule wird beim Schließen und Öffnen der Schaltventile abgebremst und erzeugt, wie schon disku tiert, Schallwellen. Daher wird als fünfte Maßnahme vorge schlagen, die gemeinsame Leitung in zwei Parallelleitungen zu führen, die je ein Rückschlagventil aufweisen, die ge gensinnig öffnen. Die jeweils eine Leitung bildet die Ne benleitung zur anderen Leitung. Dadurch wird je nach Fluß richtung eine Rückkopplung der abgebremsten Flüssigkeits säule über die eine oder andere Leitung erzielt. Es tritt ein Impulsaustausch zwischen den Flüssigkeitssäulen auf, der, wie schon erläutert, zur Verminderung der Druckspitzen beiträgt.

Im folgenden soll anhand eines Ausführungsbeispiels, näm lich einer Fremdbremsanlage, die Erfindung dargestellt wer den. Die Darstellung enthält in einer Figur alle fünf ange sprochenen Maßnahmen, die aber auch einzeln oder in Unter kombinationen eingesetzt werden können.

Die Fremdbremsanlage besteht aus einer motorgetriebenen Pumpe 1 und einem Reservoir 2. Bei der Pumpe kann es sich auch um einen Speicher oder eine sonstige Einrichtung han deln, die einen Druck zur Verfügung stellt, der im System als Bremsdruck wirksam gemacht werden kann. Der Verbraucher wird durch eine Radbremse 3 dargestellt. Der Speicher 1 ist über eine erste Leitung 4 mit der Radbremse verbunden. Eine zweite Leitung 5 verbindet die Radbremse 3 mit dem Reser voir 2. In der ersten Leitung 4 befindet sich ein Schalt ventil 8, das in seiner Ruhestellung geschlossen ist. Zur Druckerhöhung wird es geöffnet, so daß Druckmittel aus dem Speicher 1 zur Radbremse fließen kann. Ein zweites Schalt ventil 9 befindet sich in der zweiten Leitung 5. Dies ist in seiner Grundstellung geöffnet. Damit ist die Radbremse druckentlastet. Es wird geschlossen, damit durch Öffnen des ersten Schaltventils 8 ein Druck in der Radbremse aufgebaut werden kann. Es wird auch dann geöffnet, wenn der erzeugte Druck in der Radbremse gesenkt werden soll.

Üblicherweise ist die Radbremse 3 vom Druckversorgungs system bestehend aus Pumpe, Reservoir und Schaltventilen weit entfernt. Dies soll durch die punktierte Linie in den Leitungen 19, 20 angedeutet werden. Die erste und die zwei te Leitung werden daher in einem Punkt 6 zusammengeführt und bilden bis zur Radbremse 3 eine gemeinsame Leitung 7. Die zuvor genannten Maßnahmen werden nun wie folgt reali siert. Parallel zum Leitungsstück 10 zwischen der Pumpe 1 und dem ersten Schaltventil 8 wird eine Parallelleitung 15 geführt, in der sich ein erstes Rückschlagventil befindet, das zum Speicher 1 hin öffnet (erste Maßnahme).

Die zweite Maßnahme wird wie folgt realisiert. In dem Lei tungsstück 11 zwischen dem zweiten Schaltventil 9 und dem Reservoir 2 befindet sich eine zweite Parallelleitung 16, in der sich ein zweites Rückschlagventil 22 befindet, das zum Schaltventil 9 hin öffnet. Die dritte Maßnahme wird wie folgt realisiert. Eine Leitung 17 verbindet den Eingang des Schaltventils 9 mit dem Leitungsstück 10 zwischen der Pumpe 1 und dem Schaltventil 8. In diese Leitung ist ein drittes Rückschlagventil 23 eingesetzt, das zur Pumpe 1 hin öffnet.

Eine vierte Parallelleitung befindet sich zwischen dem Aus gang des ersten Schaltventils 8 und dem Leitungsstück 11 zwischen dem zweiten Schaltventil 9 und dem Reservoir 2. In diese Leitung ist ein viertes Rückschlagventil 24 einge setzt, das zum Reservoir 2 hin sperrt. Damit ist die vierte Maßnahme realisiert.

Die fünfte Maßnahme sieht wie folgt aus. Die gemeinsame Leitung 7 zwischen dem Zusammenführungspunkt 6 und der Rad bremse 3 wird in zwei Parallelleitungen 19, 20 aufgespal tet. In die eine Leitung 19 ist ein fünftes Rückschlagven til 25 geschaltet, das zur Radbremse hin öffnet, in die an dere Leitung 20 ist ein sechstes Rückschlagventil 26 ge schaltet, das zur Radbremse hin sperrt. Wenn Druckmittel der Radbremse zugeführt wird, so fließt dieses über die ei ne Leitung 19 und das fünfte Rückschlagventil 25. Wird die Zufuhr von Druckmittel zur Radbremse 3 durch Schließen des Schaltventils 8 unterbrochen, so kann der Impuls der Druck mittelsäule in der einen Leitung 19 auf die in der anderen Leitung 20 stehende Druckmittelsäule übertragen werden.

Wenn der Abfluß von Druckmittel aus der Radbremse 3 durch Schließen des Schaltventils 9 unterbrochen wird, so kann der Impuls, des in der anderen Leitung 20 fließenden Druck mittels, auf die stehende Druckmittelsäule in der einen Leitung 19 übertragen werden. Der größtmögliche Effekt wird erreicht, wenn die gemeinsame Leitung 7 möglichst über ihre gesamte Länge, also vom Zusammenführungspunkt 6 bis zur Radbremse 3 in zwei Leitungen 19, 20 aufgespalten wird.

Die Wirkungsweise der einzelnen Maßnahmen wurde schon zuvor erläutert und braucht anhand des Ausführungsbeispiels nicht näher dargestellt werden.

Claims

Hydraulische oder pneumatische Anlage im wesentlichen bestehend aus
- - mindestens einer Druckquelle (1),
- - mindestens einer Drucksenke (2),
- - mindestens einem Verbraucher (3),
- - einer ersten Leitung (4) zwischen der Druckquelle (1) und dem Verbraucher (3), die an mindestens einer Stelle sperr- oder drosselbar ist (erstes Schaltven til 8), und
- - einer zweiten Leitung (5) zwischen der Drucksenke (2) und dem Verbraucher (3), die an mindestens einer Stelle sperr- oder drosselbar ist (zweites Schaltven til 9),
dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von Druckstößen im Leitungssystem, die beim Schließen oder Öffnen der ersten Leitung (4) oder der zweiten Lei tung (5) entstehen, mindestens einer der folgenden Maß nahmen vorgesehen ist.
- - Parallel zum Leitungsstück (10) zwischen der Druck quelle (1) und dem ersten Schaltventil (8) ist eine erste Parallelleitung (15) angeordnet, in der ein erstes Rückschlagventil (21) eingesetzt ist, das zur Druckquelle hin öffnet (erste Maßnahme).
- - Parallel zum zweiten Leitungsstück (11) zwischen dem zweiten Schaltventil (9) und der Drucksenke (2) ist eine zweite Parallelleitung (16) vorgesehen, die ein zweites Rückschlagventil (22) enthält, das zur Druck senke (2) hin sperrt (zweite Maßnahme).
- - Das Leitungsstück (10) zwischen der Druckquelle (1) und dem ersten Schaltventil (8) ist über eine dritte Leitung (17) mit dem verbraucherseitigen Eingang des zweiten Schaltventils (9) verbunden, wobei in die Leitung (17) ein drittes Rückschlagventil (23) einge fügt ist, das zur Druckquelle hin öffnet (dritte Maß nahme).
- - Das Leitungsstück (11) zwischen dem zweiten Schalt ventil (9) und der Drucksenke (2) ist über eine Lei tung (18) mit dem verbraucherseitigen Ausgang des ersten Schaltventils (8) verbunden, wobei in die Lei tung (18) ein viertes Rückschlagventil (24) eingefügt ist, das zur Drucksenke hin sperrt (vierte Maßnahme).
- - Die erste Leitung (4) und die zweite Leitung (5) sind in einem Punkt (6) zusammengeführt und bilden bis zum Verbraucher (3) eine gemeinsame Leitung (7), wobei die gemeinsame Leitung (7) in zwei Parallelleitungen (19, 20) mit je einem Rückschlagventil (25, 26) dar gestellt ist, wobei die Rückschlagventile (25, 26) in entgegengesetzter Richtung öffnen (fünfte Maßnahme).