DE3724149C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Druckluftsystem, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem von der Druckluft durchströmten Lufttrockner mit feuchtigkeitsabsorbierendem Material, welcher die Druckluft trocknet, womit das Vereisen des Druckluftsystems aufgrund auskondensierender Luftfeuchtigkeit vermieden wird.

Die Druckluft spielt eine wichtige Rolle in der Inbetriebhaltung von zahlreichen modernen Kraftfahrzeugen, besonders von Schwerlastfahrzeugen und Kraftfahrzeugen mit gebundener Bahn. Die Druckluft wird beim Bremsen, gegebenenfalls bei der Federung bzw. bei der Betätigung der Tür der erwähnten Kraftfahrzeuge verwendet. Eines der größten Probleme bei Druckluftsystemen besteht darin, daß die durch den Druckluftkompressor erzeugte und in das aus Rohrleitungen, Behältern und Armaturen bestehende System gespeiste Druckluft auch Wasser und Öldampf enthält. Die Kraftfahrzeughersteller strebten von Anfang danach, den in das Luftsystem gelangenden Wasserdampf auf das mögliche Minimum zu vermindern. Dadurch können teilweise auch der schädliche Vorgang der Korrosion, und teilweise die Häufigkeit der in den Winter- und anschließenden Übergangszeiten vorkommenden und auch Betriebstörungen verursachenden Einfrierungen verringert werden. Nachdem das Druckluftsystem der Kraftfahrzeuge in erster Linie zum Bremsen verwendet wird, ist die möglichst vollständige Ausschaltung der infolge von eventuellen Einfrierungen auftretenden Bremsbetriebsstörungen aus dem Gesichtspunkt der Betriebssicherheit von besonders großer Bedeutung. Die Kraftfahrzeughersteller streben mit den unterschiedlichsten technischen Lösungen nach dem Erreichen dieses Ziels. Für lange Zeit schien die einzige Lösung das Abscheiden des Wasserdampfes zu sein, wobei verschiedene Filtervorrichtungen, Rohrschlangen, Vorbehälter oder deren Kombinationen verwendet wurden. Danach folgten diejenigen Methoden, bei denen zwecks Vermeidung des Einfrierens nicht das Abscheiden des Wasserdampfes, sondern das Verschieben des Frostpunktes des eintretenden Wassers gegen den Frostbereich der Gegenstand der Versuche war. Zum Gefrierschutz wurden beispielsweise derartige Armaturen verwendet, durch die frostpunktreduzierende Mittel, z. B. Äthanol, in den Luftstrom geführt wurden.

Die Einsätze der Luftrockner enthalten ein spezielles Granulat, einen sogenannten Molekularfilter. Der Wasserdampf in der durch den Filtereinsatz strömenden Luft wird von den Granulatkörnern an deren Oberfläche gebunden und während des Regenerierungsvorganges mit trockener Luft ins Freie geblasen. Die Lebensdauer des Granulats ist aber dadurch begrenzt, daß die durch den Luftrockner strömende Druckluft nicht nur Wasserdampf, sondern auch Öldampf enthält, der ebenfalls an der Granulatoberfläche gebunden wird, wodurch diejenige wirksame Oberfläche, die das Abbinden des Wasserdampfes durchführt, vermindert wird. Abhängig vom Maß der Verölung enthält die in das System gespeiste Druckluft um so mehr Feuchtigkeit, ihr relativer Feuchtigkeitsgehalt erhöht sich. Das Erreichen eines bestimmten Feuchtigkeitsniveaus ist aber schon mit der Gefahr verbunden, daß bei Abnahme der Umgebungstemperatur die angesammelte Wassermenge gefriert. Das in irgendeinem der Rohre entstandene Eis wird den Strömungsquerschnitt für die Luft erst verringern, dann absperren; wenn aber das Gefrieren bei einer der Armaturen erfolgt, kann in der betriebsmäßigen Funktion des Systems eine geringere oder größere Störung entstehen.

Die Verringerung bzw. Beseitigung der Einfriergefahr für das Luftsystem kann mit einer periodisch durchgeführten Kontrolle des relativen Feuchtigkeitsgehaltes des Luftsystems in einfacher Weise festgestellt werden. Wenn sich aufgrund der Messung ergibt, daß der Feuchtigkeitsgehalt einen vorbestimmten kritischen Wert - der in Abhängigkeit vom verwendeten System bzw. Kraftfahrzeugtyp auch unterschiedlich sein kann - erreicht bzw. überschreitet, ist das Austauschen des Granulats des Lufttrockners erforderlich.

Die Kontrollen werden von den Kraftfahrzeughaltern in Abhängigkeit von den äußeren Betriebsumständen möglichst nahe an diesem kritischen Zeitpunkt durchgeführt. Es ist ein günstiges Zusammentreffen, wenn der Kontrollzeitpunkt auf den Zeitpunkt des erforderlichen Granulataustausches fällt. Ein früherer Austausch als notwendig verursacht dem Kraftfahrzeughalter überflüssige Kosten, ein späterer Austausch des Granulats verursacht aber, daß eine unbestimmte Wassermenge in das System gelangt, wodurch sich die Einfriergefahr außerordentlich erhöht oder sogar das Einfrieren auftritt.

Zu einer bedeutenden Erhöhung der aktiven Sicherheit würde es beitragen, wenn der Fahrzeugfahrer ein Warnsignal erhielte, daß in das Luftsystem Wasserdampf einer solchen Menge gelangt ist, die bereits Einfriergefahr bedeutet.

Die Erfindung löst die Aufgabe, ein gattungsgemäßes Druckluftsystem zu schaffen, bei welchem der Zeitpunkt, wann das feuchtigkeitabsorbierende Material zwecks Verhinderns des Vereisens des Druckluftsystems gegen frisches ausgetauscht werden muß, signalisiert wird.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß zwischen dem Lufttrockner und den Druckluftverbrauchern ein Luftfeuchtigkeitsfühler im Druckluftstrom angeordnet ist, der an einem bei Überschreiten einer vorbestimmten Luftfeuchtigkeitsgrenze ansprechenden Alarmgeber und/oder an einen Dauersignalgeber angeschlossen ist, welcher an eine Anzeigevorrichtung angeschlossen ist.

Feuchtigkeitsmeßfühler und entsprechende Schaltungen zum Auswerten der Meßsignale im allgemeinen sind als solche bereits bekannt. Ein derartiger Feuchtigkeitsmeßfühler ist beispielsweise in der DE-OS 29 20 808 beschrieben. Die ebenfalls in dieser Druckschrift beschriebene Schaltung zum Auswerten der Meßsignale weist eine Vergleichsschaltung mit einem Verstärker auf, welcher ein Ausgangssignal liefert.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mißt und kontrolliert den Feuchtigkeitsgehalt des Luftsystems des Kraftfahrzeuges fortlaufend während der Betriebszeit. Wenn der relative Feuchtigkeitsgehalt des Luftsystems einen vorbestimmten kritischen Wert erreicht, gibt die erfindungsgemäße Vorrichtung dem Fahrzeugfahrer ein optisches Signal.

Aufgrund dieses Signals ist der Granulataustausch sofort zweckmäßig und er­ forderlich, der darüber hinaus, daß die Betriebssicherheit in großem Maß erhöht wird, optimal wirtschaftlich ist, denn der Granulataustausch soll zu derjenigen Zeit durchgeführt werden, wenn der Feuchtigkeitsgehalt des Systems den kriti­ schen Punkt erreicht hat, der eben durch die erfindungsgemäße Vorrichtung signalisiert wird.

Die erfindungsgemäße Sicherheitssignalvorrichtung kann aber nicht nur bei mit Lufttrocknern ausgerüsteten Kraftfahrzeugen, sondern vorteilhaft auch dort ein­ gesetzt werden, wo sogenannte Ausschlagsysteme oder -elemente zur Dunstbe­ freiung verwendet werden. Bei fortlaufender Messung des in die Luftbehälter ge­ langenden Wasserdampfes und beim Erreichen des kritischen Punktes ist nach Signalisierung der Frostgefahr die Reinigung des Ausschlagsystems, der eventuel­ le Austausch der verwendeten Filter, die Wiederherstellung der wirksamen Betriebsfähigkeit des Systems erforderlich.

Eine sporadische Kontrolle des Betriebs eines Luftrockners erfordert das Zerle­ gen des Luftsystems, wonach das System wieder aufgefüllt und in Betrieb gesetzt werden muß. Diese Kontrolle ist also ein aus mehreren Schritten bestehender meßtechnologischer Vorgang, wobei es auch auf eine gewissenhafte Arbeit der die Messung durchführenden Person ankommt, ob reelle Werte gemessen werden oder - abweichend von dem tatsächlichen Zustand - eine nicht entsprechend funktionierende Vorrichtung für gut qualifiziert wird, insbesondere weil die Zeit­ periode für die Messung begrenzt ist. Die Sicherheit der Messung kann umso­ mehr erhöht werden, je größer die Meßzeitdauer ist. Die größte Sicherheit wird durch eine fortlaufende Messung und dadurch gewährleistet, daß eine Signalvor­ richtung dem Kraftfahrzeugfahrer eine Warnung mindestens im Gefahrenfall gibt.

Eine fortlaufende Kontrolle des Feuchtigkeitsgehaltes des Luftsystems während des Betriebs ergibt neben einer bedeutenden Erhöhung der Betriebssicherheit auch beträchtliche Kostenersparnis für den Kraftfahrzeughalter. Die andernfalls erforderlichen sporadischen Kontrollen werden entweder vom Kraftfahrzeughal­ ter selbst durchgeführt, wodurch entsprechende Meßgeräte besorgt werden müssen, oder in der Werkstätte.

Der vom Halter vorbestimmte Kontrollzeitpunkt fällt im allgemeinen nicht mit dem kritischen Zeitpunkt für den Granulataustausch zusammen, denn der Inbe­ triebhalter will die Wirksamkeit des Systems im Interesse der Sicherheit möglichst vor dem Eintreten des kritischen Zeitpunkts sicherstellen; deshalb sind die Anzahl der Kontrollen bzw. der Einsatzvorgänge bedeutend größer als er­ forderlich. Über die unmittelbaren Kosten hinaus soll man auch mit indirekten Kosten rechnen, die sich aus dem Betriebsausfall des Kraftfahrzeugs für die Zeit der Kontrolle ergeben.

Zur Beseitigung der erwähnten Probleme, für einen sicheren Betrieb, wurde die erfindungsgemäße Sicherheitsvorrichtung für Luftsysteme, insbesondere für Druckluftsysteme von Kraftfahrzeugen, für die Kontrolle und Signalisierung der Einfriergefahr entwickelt, wobei ein Feuchtigkeitsgehaltsfühler vorhanden ist, der im in das Luftsystem geführten und vorangehend entdunsteten, getrockne­ ten/ausgeschlagenen Luftstrom angeordnet ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird nachstehend anhand eines Ausführungs­ beispiels in mehreren Varianten mit Hilfe der Zeichnungen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 die Anordnung des Druckluftsystems und den Anschluß der erfindungsge­ mäßen Sicherheitsvorrichtung,

Fig. 2 das Blockschema der erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung,

Fig. 3 den Feuchtigkeitsfühler und

Fig. 4 ein Beispiel für den Einbau des Feuchtigkeitsfühlers.

Das Luftsystem 1 besteht aus einer Druckluft erzeugenden und die Luft vor­ behandelnden Einheit 3 und aus einer Druckluft speichernden und verbrauchen­ den Einheit 2. Die Druckluft erzeugende und die Luft vorbehandelnde Einheit 3 weist einen von einem nicht dargestellten Motor angetriebenen Luftkompressor 4, einen daran mittels der Rohrleitung 5 angeschlossenen Vorfilter 6, einen Druckregler 7, einen daran angeschlossenen Entwässerungsbehälter 8 für das Ausschlagen des Wasser- und Öldampfes der gelieferten Druckluft und einen am Entwässerungsbehälter 8 über das Rohr 9 angeschlossenen Lufttrockner 10 auf. Der Lufttrockner 10 ist mit der Druckluft speichernden und verbrauchenden Ein­ heit 2 über eine Rohrleitung 11 verbunden. An der Rohrleitung 11 ist eine Feuchtigkeitsfühlereinheit 12 der Druckluft speichernden und verbrauchenden Einheit 2 angeschlossen, wobei an der Feuchtigkeitsfühlereinheit 12 ein Schutz­ ventil 14 über eine Rohrleitung 13 angeschlossen ist. Im Ausführungsbeispiel ist das Schutzventil 13 mit drei Kreisen ausgestattet; je ein Luftbehälter 16 ist über je ein Verbindungsrohr 15 angeschlossen. An den Luftbehältern 16 sind nicht dargestellte Verbraucher angeschlossen, die beispielsweise bei dem Luft­ bremssystem des Kraftfahrzeuges durch die Radbremsarbeitszylinder gebildet werden. Bei Kraftfahrzeugen ist der Luftkompressor 4 mit einem Kolben versehen, was Ölschmierung erfordert; deshalb entfernt sich aus dem Luftkom­ pressor 4 mit der Druckluft neben dem infolge der Zustandsveränderungen der komprimierten Luft entstehenden Wasserdampf auch Öldampf in bestimmter Menge. Die Bestimmung des Entwässerungsbehälters 8 besteht darin, daß sich darin der Wasserdampf und der Öldampf ausschlägt bzw. ablagert. Der Konden­ satgehalt des Entwässerungsbehälters 8 soll in vorbestimmten Zeitperioden während Service-Arbeiten entfernt werden.

Das Kondensat wird im Entwässerungsbehälter 8 nur infolge der Zustandsver­ änderung der Druckluft ausgeschlagen, was mit weiteren Zustandsveränderungen, gegebenenfalls mit dem Ausscheiden weiterer Wasserdampfmengen verbunden ist, wodurch an bestimmten Stellen des Systems die Gefahr des Einfrierens ent­ steht.

Zu deren Beseitigung ist hinter dem Entwässerungsbehälter 8 der Lufttrockner 10 eingebaut, der mit Granulat mit feuchtigkeitsbindender Eigenschaft gefüllt ist. Nach Verschmutzung der feuchtigkeitsbindenden Oberfläche des Granulats wird diese unwirksam.

Der Kontrolle der Betriebsqualität des Lufttrockners 10 dient das in Strömungs­ richtung erste Element, die am Lufttrockner 10 über die Rohrleitung 11 ange­ schlossene Feuchtigkeitsgehaltsfühlereinheit 12 der Druckluft speichernden und verbrauchenden Einheit 3.

In Fig. 2 sind einzelne Elemente der erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung und ihre Anordnung dargestellt. Am Lufttrockner 10 sind über die Rohrleitung 11 der Eingang der Feuchtigkeitsfühlereinheit 12, und an deren Ausgang die Rohrleitung 13 angeschlossen, die über eine elektrische Leitung 19 mit einer Signalgebereinheit 20 verbunden ist, die über eine elektrische Leitung 21 an eine nicht dargestellte elektrische Stromquelle angeschlossen ist.

In Fig. 3 ist die Feuchtigkeitsfühlereinheit 12 im Längsschnitt dargestellt; sie weist ein einen Fühlerraum 25 umschließendes Gehäuse 33 auf, dessen Eingangs- Anschlußstutzen 22 mit Außengewinde eine Eingangsleitung 23, und dessen Ausgangs-Anschlußstutzen 26 mit Außengewinde eine Ausgangsleitung 27 bilden. In der Eingangsleitung 23 ist ein Filter 24 angeordnet, der die Aufgabe hat, die körnige bzw. staubartige Verschmutzung aus der strömenden Druckluft auszu­ filtern und damit den im Gehäuse 33 angeordneten Feuchtigkeitsfühler 31 vor Verschmutzung zu schützen. Der Feuchtigkeitsfühler 31 wird induktiv elektrisch betätigt und ist am Haltebolzen 30 befestigt bzw. damit vereinigt, wobei der Haltebolzen 30 über eine isolierte Einlage 29 in einer seitlichen Bohrung 28 des Gehäuses 33 befestigt ist. Die Länge des Haltebolzens 30 ist derart gewählt, daß der Feuchtigkeitsfühler 31 sich in Höhe der Eingangsleitung 23 bzw. der Ausgangsleitung 27, auf dem Niveau der strömenden Druckluft befindet. Der Feuchtigkeitsfühler 31 hat einen elektrischen Ausgangsanschluß 32, an dem die elektronische Einheit 18 über die elektrische Leitung 17 angeschlossen werden kann.

In Fig. 4 ist eine zweite Ausführungsform der Feuchtigkeitsfühlereinheit darge­ stellt. Bei dieser Ausführungsform ist die Feuchtigkeitsfühlereinheit 42 in einem Luftbehälter 34, in dessen mit Gewinde versehenen Kondenswasserableitstutzen 37 eingeschraubt angeordnet.

Die Feuchtigkeitsfühlereinheit 42 ist mit ihrem Gewindeabschnitt 45 in dem mit Innengewinde versehenen Kondenswasserableitstutzen 37 angeschlossen und mit einer Gegenmutter 38 befestigt. An dem Gewindeabschnitt 45 ist der Haltebolzen 39 angeschlossen, an dem bzw. mit dem ein Feuchtigkeitsfühler 40 angeschlossen bzw. vereinigt ist, der von einem am Haltebolzen 39 befestigten Filternetz 41 umgeben ist. Der Feuchtigkeitsfühler 40 wird elektrisch induktiv betätigt. Das Filternetz 41 hat die Aufgabe, die körnige bzw. staubartige Verschmutzung aus der strömenden Druckluft auszufiltern und damit den im Netz angeordneten Feuchtigkeitsfühler 40 zu schützen. Die Feuchtigkeitsfühlereinheit 42 hat einen elektrischen Ausgangsanschluß 43 zur Betätigung des induktiven Feuchtigkeits­ fühlers 40. Die Druckluft strömt in den Innenraum 35 des Luftbehälters 34 durch einen Innengewindeabschluß 36. Die Länge des Haltebolzens 39 ist derart gewählt, daß der Feuchtigkeitsfühler 40 im oberen Zweidrittelniveau 44 des zylindrischen Innenraumes 35 angeordnet ist, wodurch der Feuchtigkeitsfühler 40 von dem am gewindeartigen Rohrstutzen 36 einströmenden Druckluftstrom um­ strömt wird und dennoch genügend hoch angeordnet ist, daß das sich im Innen­ raum 35 ansammelnde Kondenswasser den Feuchtigkeitsfühler 40 weder im Ruhe­ stand des Kraftfahrzeuges noch während der Fahrt erreicht. Am elektrischen Ausgangs-Anschluß 43 kann die elektronische Einheit 18 über die elektrische Leitung 17 angeschlossen werden.

Nach den Ausführungsbeispielen sind die induktiv elektrisch betätigten Feuchtig­ keitsfühler 31 bzw. 40 ziemlich empfindlich und für die Aufarbeitung ihrer schwachen elektrischen Signale bzw. für ihre Speisung ist ausschließlich eine elektronische Vorrichtung geeignet, die in der elektronischen Einheit 18 enthalten ist. Die Feuchtigkeitsfühler 31 bzw. 40 sind von bekanntem Aufbau und mit den bekannten elektrischen Stromkreisen sind sie geeignet, den Feuchtigkeitsgehalt der Luft zwischen breiten Grenzen prozentual zu signalisieren, was genügt, daß sie in der Luftbremsvorrichtung von Kraftfahrzeugen zur Signalisierung der Ein­ friergefahr verwendet werden können.

Das Ausgangssignal der elektronischen Einheit 18 wird von dem prozentualen Wert des Feuchtigkeitsgehaltes gebildet, welcher über die elektrische Leitung 19 an die Signalgebereinheit 20 weitergeleitet wird, deren Signalgeber zweckmäßig als LED ausgebildet ist und während des Betriebs des Kraftfahrzeugs den Wert des prozentualen Feuchtigkeitsgehaltes fortlaufend signalisiert. Bei einer vorteil­ haften Ausführungsform ist in die elektronischen Stromkreise der Signalgeber­ einheit 20 derjenige Feuchtigkeitsgehalts-Schwellenwert eingespeist, bei dessen Erreichen ein warnendes Alarmsignal am LED oder in einer gesondert einge­ bauten alarmsignalisierenden Lichtquelle erscheint. Die Signalgebereinheit 20 kann auch von dem Bordcomputer des Kraftfahrzeuges gebildet werden, an dessen Display auch eine Textwarnung oder eine Textwarnung und ein Lichtsignal ge­ meinsam erscheinen können.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die elektronische Einheit 18 im Haltebolzen 39 angeordnet, wodurch die erfindungsgemäße Vor­ richtung kompakter wird.

Bei einer weiteren, vorteilhaften, nicht dargestellten Ausführungsform der Er­ findung sind die Feuchtigkeitsfühler 31 und 40 mit einem die Temperatur der Umgebungsluft messenden Element vereinigt, welches zur Verstärkung und Auf­ arbeitung der Meßsignale ebenfalls an der elektronischen Einheit 18 angeschlos­ sen ist. Bei einer Ausführungsform signalisiert die Signalgebereinheit 20 neben dem Feuchtigkeitsgehalt auch das Signal des die Temperatur fühlenden Ele­ mentes, wodurch die Temperatur der strömenden Luft dargestellt wird. Bei einer anderen Ausführungsform wird diejenige Temperatur, um welche die Taupunkts­ temperatur geringer als die Temperatur der Umgebungsluft ist, von der elektro­ nischen Einheit 18 entsprechend des eingespeisten Programms für Temperatur und Feuchtigkeitsgehalt aufgearbeitet und als neues Signal in Abhängigkeit vom Feuchtigkeitsgehalt der strömenden Luft an der Signalgebereinheit 20 signali­ siert.

Claims (5)

1. Druckluftsystem, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem von der Druckluft durchströmten Lufttrockner mit feuchtigkeitsabsorbierendem Material, welcher die Druckluft trocknet, womit das Vereisen des Druckluftsystems aufgrund auskondensierender Luftfeuchtigkeit vermieden wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Lufttrockner (10) und den Druckluftverbrauchern ein Luftfeuchtigkeitsfühler (31, 40) im Druckluftstrom angeordnet ist, der an einem bei Überschreiten einer vorbestimmten Luftfeuchtigkeitsgrenze ansprechenden Alarmgeber und/oder an einen Dauersignalgeber angeschlossen ist, welcher an eine Anzeigevorrichtung (20) angeschlossen ist.

2. Druckluftsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Temperatur der in der Nähe des Luftfeuchtigkeitsfühlers (31, 40) strömenden Druckluft messender Temperaturfühler vorgesehen ist.

3. Druckluftsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuchtigkeitsfühler (31, 40) mit der die elektrischen Signale des Feuchtigkeitsfühlers verstärkenden und aufbereitenden elektronischen Einheit (18) als konstruktive Einheit zusammengefaßt ist, an der die Anzeigevorrichtung (20) über eine elektrische Leitung (19) angeschlossen ist.

4. Druckluftsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftfeuchtigkeitsfühler (31, 40), gegebenenfalls über die die elektrischen Signale verstärkende und aufbereitende Einheit (18) an den Kraftfahrzeug-Bordcomputer und damit an dessen Display als Anzeigevorrichtung (20) angeschlossen ist.

5. Druckluftsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuchtigkeitsfühler (31) in einem in der Rohrleitung (11, 13) des Druckluftsystems eingebauten Gehäuse (33) angeordnet ist.