The use of vacuum or vacuum pumps can be found in almost every branch of manufacturing. This is also true for the automobile industry, where the employment of vacuum as a positive solution for the problems associated with the correct and precise filling of the various fluid systems, without having any adverse effect on the environment or operating personnel. In addition to this, the use of vacuum as a technical process in the fluid filling procedure has had a marked improvement in the vehicles safety. Es gibt kaum einen Industriezweig, in dem heute nicht Vakuumpumpen arbeiten oder unter Vakuum hergestellte Produkte verwendet werden. Auch im Automobilbau ist dies nicht anders. Der Einsatz von Vakuumpumpen löst dort Probleme wie einwandfreies Einfüllen der vielen Flüssigkeiten ohne Beeinträchtigung von Mensch und Umwelt. Zusätzlich sorgen verfahrenstechnische Prozesse, die unter Vakuum ablaufen, für Sicherheit.
1 Inhaltsverzeichnis
2 Selbständigkeitserklärung
3 Vorwort
4 Kurzfassung
4.1 Summary
4.2 Zusammenfassung
5 Einleitung
5.1 Die Entwicklung der Vakuumtechnik
6 Vakuumbefüllverfahren beim Automobil
6.1 Einleitung
6.2 Warum Vakuumtechnik?
6.3 Spezifische Anforderungen der Automobilfirmen
6.4 Beschreibung eines Füllvorganges
6.4.1 Verfahrensschritte
6.5 Bremsbefüllanlage
6.6 Bremsenprüfung
6.6.1 Elektronisches Bremsdruckprüfgerät mit Pedalprüfzylinder
7 Fahrzeugbremssystem
7.1 Bremsanlagen
7.2 Hydraulische Bremse
7.2.1 Aufbau
7.2.2 Wirkungsweise
7.3 Elektronische Fahrwerk-Regelsysteme
7.3.1 Wirkungsweise
7.3.2 Funktionsbeschreibung
8 Einflussgrößen auf die Evakuierbarkeit
8.1 Steuergrößen
8.2 Störgrößen
8.2.1 Autoelektrik
8.2.2 Software
8.2.3 H2O-Gehalt
8.2.4 Montage
8.2.5 Hardware
9 Theoretische Untersuchungen
9.1 Aufgabenstellung
9.2 Lösung
9.3 Ergebnisse
9.4 Auswertung
9.5 Fazit
10 Prüfstand
10.1 Anforderungsprofil
10.1.1 Funktionalität
10.1.2 Sicherheit
10.1.3 Wirtschaftlichkeit
10.1.4 Werkstoffauswahl
10.1.5 Montage
10.1.6 Transport
10.1.7 Bedienung
10.1.8 Energieversorgung
10.1.9 Wartung
10.1.10 Umweltgerecht
10.1.11 Befüllung und Entleerung
10.1.12 Messaufnehmer
10.1.13 Messwertverarbeitung und Prüfstandsteuerung
10.1.14 Ergonomie
10.2 Funktionseinheiten
10.2.1 Gestell
10.2.2 Fahrzeughydraulik und Fahrzeugelektrik
10.2.3 Messeinrichtung
11 Experimentelle Untersuchungen
11.1 Einleitung
11.2 Versuchsvorbereitung
11.2.1 Kalibrierung der Messaufnehmer
11.2.2 Vakuumversorgungseinrichtung
11.2.3 Versuchsaufbau
11.3 Versuchsreihe I: Experimentelle Bestimmung des Auspumpverhaltens unter normalen Bedingungen
11.3.1 Ziel
11.3.2 Versuchsablauf
11.3.3 Ergebnisse
11.3.4 Auswertung
11.4 Versuchsreihe II: Experimentelle Untersuchung des Einflusses von Undichtigkeiten im Bremssystem auf die Evakuierbarkeit
11.4.1 Ziel
11.4.2 Versuchsablauf
11.4.3 Ergebnisse
11.4.4 Auswertung
11.5 Versuchsreihe III: Experimentelle Untersuchung des Einflusses von Feuchtigkeit im Bremssystem auf die Evakuierbarkeit
11.5.1 Ziel
11.5.2 Versuchsablauf
11.5.3 Ergebnisse
11.5.4 Auswertung
12 Zusammenfassung der vorliegenden Diplomarbeit
13 Abkürzungen
14 Bilder
15 Diagramme
16 Tabellen
17 Literatur
2 Selbständigkeitserklärung
Ich versichere hiermit, dass ich die vorliegende Arbeit selbständig verfasst, keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt sowie alle wörtlich oder sinngemäß übernommenen Stellen in der Arbeit gekennzeichnet habe.
Bremen, den 30. August 2000 .
Alexander Perminow
3 Vorwort
Die vorliegende Diplomarbeit entstand im Rahmen meines Studiums, Maschinenbau Fachrichtung Produktionstechnik, an der Hochschule Bremen.
Durchgeführt wurde sie bei DaimlerChrysler AG im Werk Bremen, in der Abteilung Planung Rohbau (PRB-SL2).
Für eine interessante Aufgabenstellung, sehr gute Betreuung und ständige Unterstützung während der Diplomarbeit möchte ich mich bei meinem Betreuer Herrn Wendelken bedanken.
Insbesondere möchte ich Herrn Stadthalter danken, der sich bei jeglicher Art von Problemen als hilfsbereiter und kompetenter Betreuer erwies und durch sachliche und fachliche Ratschläge und Zusammenarbeit wesentlich zum Gelingen dieser Arbeit beitrug.
Des weiteren gilt mein Dank Herrn Wenske der mir bei Fragen jederzeit gute Ratschläge gab.
Für die Betreuung meiner Arbeit von Seiten der Hochschule Bremen möchte ich mich bei Herrn Prof. Dipl.-Ing. Potthast bedanken.
Ich danke auch dem Teamleiter Herrn Hoffmann für sein Interesse, sein Entgegenkommen und die freundliche Aufnahme während meiner Arbeit.
4 Kurzfassung
Die Vakuumtechnik hat heute einen beträchtlichen Einfluss auf die Montage von Automobilen. Insbesondere beim Befüllen von Bremsen, Servolenkungen und Klimaanlagen ist sie unverzichtbar geworden.
4.1 Summary
The use of vacuum or vacuum pumps can be found in almost every branch of manufacturing.
This is also true for the automobile industry, where the employment of vacuum as a positive solution for the problems associated with the correct and precise filling of the various fluid systems, without having any adverse effect on the environment or operating personnel.
In addition to this, the use of vacuum as a technical process in the fluid filling procedure has had a marked improvement in the vehicles safety.
4.2 Zusammenfassung
Es gibt kaum einen Industriezweig, in dem heute nicht Vakuumpumpen arbeiten oder unter Vakuum hergestellte Produkte verwendet werden.
Auch im Automobilbau ist dies nicht anders. Der Einsatz von Vakuumpumpen löst dort Probleme wie einwandfreies Einfüllen der vielen Flüssigkeiten ohne Beeinträchtigung von Mensch und Umwelt. Zusätzlich sorgen verfahrenstechnische Prozesse, die unter Vakuum ablaufen, für Sicherheit.
5 Einleitung
5.1 Die Entwicklung der Vakuumtechnik
Seit dem griechischen Philosophen Aristoteles wurde im Altertum um im Mittelalter, ja, noch bis in die Neuzeit hinein allgemein geglaubt, die Natur habe einen Abscheu vor dem absolut leeren Raum, dem Vakuum, oder – wie man es lateinisch nannte – einen "Horror vacui“. Man konnte sich entsprechend der damaligen spekulativen Naturbeobachtung nicht vorstellen, dass es ein Vakuum geben könne – und folgerte daraus, dass es auch keins geben dürfe. Selbst Galilei (1564-1642), der sich nicht mehr an die fast dogmatisch geltenden spekulativen Glaubenssätze der aristotelischen Naturphilosophie hielt, war noch ein Anhänger des „horror vacui“ und dies, obwohl er durch Hineinpressen von Luft in eine Flasche eine Gewichtszunahme feststellt, also bewiesen hatte, dass auch Luft ein Gewicht hat. Der erste, der den „horror vacui“ überwand, war Torricelli (1608-1647), ein Schüler Galileis. Er füllte ein langes Glasrohr mit Quecksilber, verschloss das untere Ende mit dem Daumen, tauchte dieses Ende in ein mit Quecksilber gefülltes Becken und ließ die Öffnung frei. Das Quecksilber sank bis zur Höhe von etwa 76 cm, darüber hatte sich das erste experimentell hergestellte Vakuum gebildet, mit dem später auch Torricellis Schüler experimentierten. Die Ansicht, dass die Natur einen Abscheu vor dem Vakuum habe, war damit wenigstens für einen Teil der Zeitgenossen widerlegt. Der andere Teil der damaligen wissenschaftlichen Welt bekämpfte diese Ansicht heftig. Deshalb wiederholte Blaise Pascal (1632-1662) Torricellis Versuche und stellte fest, dass der Luftdruck beim Besteigen eines Turmes oder eines Berges abnimmt. [9]
Das von Torricelli erfundene Quecksilberbarometer dient noch heute als genaues Barometer zu Druckanzeige, wenngleich es durch handlichere Geräte (Aneroidbarometer) vielfach verdrängt wurde.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Unabhängig von Torricelli wirkte in Deutschland Otto von Guericke (1602-1686), den man wohl mit Recht als einen der epochemachenden Vakuumphysiker bezeichnen darf (Bild 1).
Bild 1: Otto von Guericke (1602 bis 1686) Bürgermeister von Magdeburg, Erfinder der Luftpumpe.
Angeregt durch die Erkenntnisse Keplers, stellte er sich Frage, ob sich die Planeten im leeren Raum bewegen. Guericke bejahte diese Frage, da sie sich durch den Widerstand der umgebenden Luft sonst allmählich zum Stillstand kommen müssten. Um das Vorhandensein eines Vakuums zu beweisen, benützte er zunächst eine Wasserpumpe, die seit altersher bekannt ist und deren Erfindung man Ktsebios (2.Jh v. Chr.) zuschreibt.
Mit dieser Wasserpumpe versuchte er, ein wassergefülltes Fass leerzupumpen. Nach dem es drei kräftigen Männern mit großer Mühe gelungen war, das Wasser aus dem Fass herauszupumpen, hörte man die Luft durch Fassboden und Poren wieder pfeifend eintreten. Nicht viel besser war es, als er das Fass in einen größeren Wasserbehälter stellte. Durch diese Misserfolge ließ er sich aber nicht entmutigen. Das Holzfass wurde durch ein Metallgefäß ersetzt, zunächst mit dem Erfolg, dass es eingedrückt wurde. Erst als er kugelförmige Metallgefäße verwendete und auf die Wasserfüllung von Pumpen und Kugel verzichtet, gelang es ihm, eine Kugel „luftleer“ zu pumpen. Dadurch wurde er gleichzeitig zum Erfinder der Luftpumpe. Ein Original dieser Pumpe (Bild 2) steht im Deutschen Museum in München.
Bild 2: Guerickes Luftpumpe.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Mit seiner Luftpumpe vollführte Guericke umfangreiche Experimente. Sein berühmtestes ist wohl der Halbkugelversuch (Bild 3), den er im Sommer 1657 in Magdeburg durchführte: 8 + 8 Pferden gelang es nicht, zwei evakuierte Kupferhalbkugeln von etwa 50 cm Durchmesser, die durch einen Lederstreifen gedichtet waren, zu trennen.
Bild 3: Guerickes Versuch mit den Magdeburger Halbkugeln (1657)
Er stellte auch ein Wasserbarometer her und bestimmte das Gewicht der Luft. Weiter zeigte er, dass eine Glocke im Vakuum nicht zu hören ist, die Magnetkraft aber durch das Vakuum nicht beeinflusst wird. Um Vorgänge im Vakuum beobachtet zu können, verwendete er vielfach anstelle der Metallbehälter Glasbehälter. Als solche benützte er Arznei-Vorratsflaschen, die "recipienten“ heißen, ein Ausdruck, der sich für Vakuumgefäße bis heute erhalten hat. [9]
Durch diese Versuche war Mitte 17. Jahrhunderts klar, dass wir auf dem Grunde eines riesigen Luftmeeres leben. Das Gewicht der Luft, welches auf 1 cm² Bodenfläche lastet, wurde mit etwa 1 kg bestimmt. Auf 1 m² Bodenfläche lastet demnach ein Gewicht von etwa 10 Tonnen. Dies ist auch Grund, dass es der Kraftanstrengungen von zweimal 8 Pferden nicht gelang, die evakuierten Kupferkugeln auseinander zu bringen, auf deren beide Seiten der Luftdruck entgegen der Zugkraft der Pferde wirkte.. Dass wir von diesem Druck übrigens nichts merken, liegt daran, dass in unserem Inneren ebenfalls Luft vom gleichen Druck vorhanden ist. Recht eindrucksvoll wurde dies von R. Boyle (1627-1691) gezeigt, indem er Tiere ins Vakuum brachte: sie zerplatzten. Boyle, der Begründer der wissenschaftlichen Chemie, hatte durch den Jesuitenpater Schott von Guerickes Versuchen gehört und an seiner Luftpumpe als Verbesserung einen Zahnradantrieb gebracht.
Durch die Weiterentwicklung der Mechanik war man in der Lage die Luftpumpe von Guericke zu verbessern. Solange man aber das schädliche Volumen nicht vermieden könnte, wurden nur mäßige Enddrucke erreicht. Nach dem Vorgang von Robert Gill wurde daher von Fleuss eine Pumpe konstruiert, bei der der schädliche Raum durch Ölfüllung vermieden wurde. Fleuss nannte diese Pumpe zu Ehren Guerickes Gerk-Pumpe. Sozusagen durch einen Kolben aus dem Quecksilber hat Geißler 1857 den schädlichen Raum ebenfalls vermieden. Die Geißlersche Pumpe wurde später durch Töpler (1862) und Poggendorf (1796-1877) verbessert. Eine etwas anderer Art mit Quecksilbertropfen, die wie kleine Kolben wirkten, gab 1865 Sprengel an. [9]
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Bild 4: W. Gaede (1878-1945) – Gründer der modernen Vakuumtechnik
Diese Pumpen haben sich aber ebenso wenig wie die Gaedesche Quecksilberpumpe (1905), die im wesentlichen ein mit Quecksilber gefüllter nasser Gaskammerzähler ist, durchgesetzt. Der Durchbruch gelang mit der von Gaede (1878-1945) erfundene (1909) Kapselpumpe, die als Vorläufer der heute benutzten Rotationsvakuumpumpen anzusehen ist.
Von Aristoteles bis Guericke hat es etwa 2000 Jahre gedauert, bis der horror vacui überwunden wurde. Seither sind nur 300 Jahre vergangen. Mit Hilfe des Vakuums sind inzwischen so grundlegende Entdeckungen gemacht worden, wie die des Elektrons, der Röntgenstrahlung, der direkten Bestimmung der Atommasse und überhaupt die Klärung des Atombegriffes — um nur einige zu nennen. Eine ganze Reihe von Forschungen ist erst durch die Verwendung von Vakuum möglich geworden. Die Vakuumtechnik ist daher heute auch nicht mehr aus unserem täglichen Leben wegzudenken.
6 Vakuumbefüllverfahren beim Automobil
6.1 Einleitung
Während die Vakuumverfahrenstechnik mit den Prozessen Entgasung, Trocknung und Evakuierung (Gasentfernung aus geschlossenen Systemen) in der allgemeinen Technik schon sehr lange eingesetzt wird, hat sie in der Automobiltechnik erst sehr spät Einzug gehalten.
Erst der vermehrte Einsatz von hydraulischen Systemen wie bei den Bremsen und der Servolenkung führte zu einem weitreichenden Einsatz der Vakuumtechnik im Automobilbau. Gleichzeitig erzwang die Erhöhung der gebauten Stückzahlen und die damit einhergehende Verkürzung der Taktzeiten an den Bändern eine beispielhafte Automatisierungswelle.
6.2 Warum Vakuumtechnik?
Werden Flüssigkeiten in ein geschlossenes System gefüllt, wird das darin enthaltene Gas (Luft) verdrängt, es bleibt entweder als Gaspolster im System oder muss durch eine weitere Öffnung entweichen.
Während das erste zu Störungen im späteren Hydrauliksystemen führen kann, kommt es beim zweiten zu Verlusten durch Austritt des eingefüllten Mediums bei vollständiger Befüllung des Systems.
Mit Hilfe einer Vakuumpumpe kann das Gas abgepumpt werden und die Flüssigkeit ohne Probleme eingefüllt werden. Der Einsatz von Vakuumpumpen bringt aber noch eine Menge weiterer Vorteile.
Aus der Physik kennen wir die Eigenart von Flüssigkeiten, dass sich Gase in ihnen lösen. Dieser Effekt wird vom Henry-Gesetz beschrieben (Formel 0.1). [7]
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Dies besagt, dass der Anteil des gelösten Stoffes X2 proportional dem Partialdruck der betreffenden Komponente p2 in der Gasphase ist. Der Henry-Faktor H ist stoff- und temperaturabhängig.
Daraus ersehen wir: der Anteil eines gelösten Stoffes ist um so kleiner, je niedriger der Druck und um so höher die Temperatur ist.
Weiterhin kennen wir den Begriff der Hygroskopie, also der Eigenschaft von Stoffen Feuchtigkeit, insbesondere in Form von Wasser zu binden. Diese Eigenart führt dazu, dass in Flüssigkeiten, insbesondere bei den in der Technik verwendeten Qualitäten, Wasser in kleineren oder größeren Mengen enthalten ist. Dieses Wasser führt aber zu einer Beeinflussung der physikalischen Eigenschaften, die oft nicht erwünscht sind.
Abhilfe bieten die verfahrenstechnischen Prozesse Entgasung und Trocknung unter Vakuum.
Das Austreten von Flüssigkeiten führt zu einer Beeinträchtigung der Funktion (nicht mehr genügende Menge) und zu einer Verunreinigung von Bauteilen mit Gefahren für die Funktion derselben und nicht zuletzt zu einer Umweltverschmutzung.
Abhilfe bietet nur eine ausreichende Kontrolle. Die einfachste Methode hierfür ist die Druckanstiegsmessung – das Evakuieren, Absperren und die Kontrolle des Druckanstieges.
Alle diese Prozesse werden heute bei modernen Anlagen zum Befüllen von Automobilen eingesetzt.
6.3 Spezifische Anforderungen der Automobilfirmen
Automobile werden in großen Stückzahlen hergestellt. Die Taktzeiten der Bänder liegen unter zwei Minuten pro Auto. In dieser Zeit müssen alle Arbeitsvorgänge dieses einen Taktplatzes abgeschlossen sein.
Der Betrieb eines Automobilwerkes läuft in Schichten, praktisch rund um die Uhr. Dies verlangt von allen darin eingesetzten Maschine und Anlagen eine fast 100%ige Einsatzfähigkeit und dies 24 Stunden pro Tag und auf mehrere Jahre.
Ausfälle der Anlagen führen zu Nacharbeit oder Bandstillstand. Dies bedeutet für den Hersteller der Anlage, dass seine Konstruktion extrem robust und an Fertigung und Montage der Anlagen höchste Ansprüche zu stellen sind.
Die Bremssysteme im Fahrzeug werden durch die erhöhten Sicherheitsanforderungen immer aufwendiger und komplizierter. Innerhalb der Produktionspalette werden Bremsanlagen noch den einzelnen Fahrzeugtypen angepasst. Mit dem Antiblockiersystem (ABS), der Antriebsschlupfregelung (ASR) oder dem Elektronischen-Stabilitäts-Programm (ESP) verfügen moderne Fahrzeuge über komplizierte Komponenten. Der Blick in einen Autokatalog zeigt die Vielfalt der angebotenen Motorversionen und der Ausstattungen. Im Automobilwerk werden alle Varianten eines Typs auf einem Band gefertigt.
Da außer der verschiedenen Ausstattungen auch noch Fahrzeuge für verschiedene Bestimmungsländer gefertigt werden, entsteht eine Kombination aus den jeweils härtesten Anforderungen der fahrzeugherstellerseitigen, den nationalen und den internationalen Vorschriften.
Um diese Vorschriften und die ständig wachsende Sicherheitsanforderungen im Automobilbau zu erfüllen, ist es notwendig, die Qualität der Befüllung mit intelligenten Befüllsystemen zu gewährleisten.
6.4 Beschreibung eines Füllvorganges
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Die bei einem Füllvorgang ablaufenden Vorgängen sind bei fast allen Füllanlagen ähnlich. Bild 5 zeigt vereinfacht den Ablauf eines automatischen Füllvorganges.
Bild 5: Füllvorgang
6.4.1 Verfahrensschritte
Evakuieren: Die im zu befüllenden System befindliche Luft wird abgepumpt.
Vakuumtest: Über eine Druckanstiegsmessung wird das System auf Dichtigkeit überprüft.
Füllen: Das vorher entgaste Medium wird in das System eingefüllt.
Drucktest: Das gefüllte System wird mit einem Druck beaufschlagt, um zu prüfen, ob z.B. lose Befestigungen bei Schläuchen oder ähnlichem vorliegen.
Niveauregelung: Im Ausgleichsbehälter wird Flüssigkeitspegel eingestellt.
6.5 Bremsbefüllanlage
Eine der heikelsten und zugleich wichtigsten Flüssigkeiten, die in ein Auto eingefüllt werden, ist Bremsflüssigkeit. Sie besteht zu 65% aus Glykol sowie zu etwa 35% aus Glykolether und Spuren aus Rostschutzsätzen. Diese sind in verschiedenen, im Inhalt sehr ähnlichen Normen festgelegt (SAE J 1703, FMVSS 116, ISO 4925). Die in FMVSS 116 beschrieben Merkmale haben in USA Gesetzeskraft erlangt und gelten weltweit als maßgebend. Vom Department of Transportation (DOT) wurden bezüglich der wichtigsten Eigenschaften verschieden Güteklassen definiert (Tabelle 1). [1]
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Tabelle 1: Bremsflüssigkeiten
Die Flüssigkeit (in unserem Fall ist es DOT 4) hat einen Siedepunkt von 265°C. Bei einem Wassergehalt von 2% liegt der Siedepunkt bei ca. 200°C (Diagramm 1). Da bei einer längeren Bremsung durchaus Temperaturen um 200°C erreicht werden, darf auch bei dieser Temperatur nichts im Bremssystem verdampfen. Dann würden sich Dampfblasen bilden und das Bremssystem fiele aus.
Aus diesem Grund darf Bremsflüssigkeit nie längere Zeit mit der Umgebungsluft in Kontakt kommen.
Im Automobilwerk wird die angelieferte Bremsflüssigkeit vor der Weitergabe an die eigentliche Füllanlage in einer Aufbereitungsanlage getrocknet und entgast.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Diagramm 1: Abhängigkeit des Siedepunktes vom Wassergehalt in der Bremsflüssigkeit DOT 4. Vergleich von BASF zu Teves (Quelle [1]).
Bild 6 zeigt eine Bremsbefüllanlage. Es handelt sich hier um eine Füllanlage mit integrierter Aufbereitung. Darin wird rückgesaugte Flüssigkeit und auch die frisch aus einer Versorgungsanlage kommende Bremsflüssigkeit in einem Entgasungsbehälter (Bild 7) über tellerartige Körper verteilt und auf dieser großen Oberfläche getrocknet.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Bild 6: Bremsbefüllanlage mit integrierter Aufbereitung der Bremsflüssigkeit
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Bild 7: Entgasungsbehälter
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Bild 8: Schema einer Bremsbefüllanlage
Der eigentliche Vorgang (Diagramm 2) läuft folgendermaßen ab: Der Füllkopf wird von dem Werker auf den Ausgleichsbehälter am Auto aufgesetzt. Nach Betätigung eines Tasters auf dem Füllkopf wird der Füllkopf pneumatisch verriegelt. Der Füllkopf ist über Schläuche mit einer Laufkatze verbunden. Diese läuft in einer abgehängten Konstruktion neben dem Band her. Die Verbindungsschläuche von der Laufkatze zur stillstehenden Füllanlage werden über Schleppketten abgerollt.
Nach Betätigung des Tasters auf dem Füllkopf wird der Füllzyklus gestartet. Nun wird das gesamte Bremssystem am Auto auf ein Vakuum unter 5 mbar evakuiert, danach folgt ein Vakuumtest. Falls der Vakuumwert nicht akzeptabel ist, wird der Füllzyklus unterbrochen und ein Alarm signalisiert dem Bedienungspersonal ein Fehler.
Ist der Test erfolgreich, wird Bremsflüssigkeit in das evakuierte System eingefüllt. Der Fülldruck liegt bei ca. 4 bar. Es folgt der Drucktest, auch hier wird Alarm gegeben, wenn ein Leck festgestellt wird.
Nach erfolgreicher Beendigung der Füll- und Testzyklen wird die Bremsflüssigkeit auf das definierte Niveau im Ausgleichsbehälter zurückgesaugt und der Füllkopf wird von dem Werker entriegelt.
Die rückgesaugte Bremsflüssigkeit wird über den Entgasungsbehälter wieder dem einfüllfertigen Vorrat zugeführt.
Am Ende des Füllzyklus schaltet die Anlage in Stand-By. Dabei wird der Füllkopf in die Füllkopfablage eingesetzt und belüftet. Die Bremsflüssigkeitsreste werden aus der Füllkopfablage zurückgesaugt. Damit wird eine Tropffreiheit am Füllkopf garantiert.
Bremsflüssigkeit ist aggressiv und würde sofort die fertige Lackierung des Autos beim Tropfen beschädigen.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Diagramm 2: Zyklusdiagramm der Bremsbefüllung
6.6 Bremsenprüfung
6.6.1 Elektronisches Bremsdruckprüfgerät mit Pedalprüfzylinder
Das im Werk Bremen eingesetzte Bremsdruckprüfgerät ist ca. eine halbe Stunde nach dem Befüllen der Bremsanlage im Einsatz. Es handelt sich dabei um eine statische Prüfung des hydraulischen Bremssystems. Geprüft wird der Primärkreis der Bremsanlage.
Der Pedalprüfzylinder wird zwischen dem Bremspedal und der vorderen Abschlusskante am Bodenblech-Fahrersitz eingesetzt. Innerhalb einer bestimmten Zeit werden festgelegte Prüfschritte abgerufen und durchgeführt. Dabei führt der Zylinder Hubbewegungen mit konstantem Weg durch und ermittelt Istwerte die mit den vorgegebenen Sollwerten verglichen werden. Folgende Prüfungen führt das Gerät durch:
- Prüfen auf „Weiche Bremse“
- Leckagetest
Weiche Bremse
Eine „Weiche Bremse“ bedeutet, dass bei der Bremsenprüfung der Pedalweg zu groß ist, die Bremskraft nicht erreicht wird und Luft in der Bremsanlage ist.
Luft in der Bremsanlage spielt eine nicht zu vernachlässigende Rolle bei der Bremsprüfung und hat großen Einfluss auf die Funktion der Bremsanlage. Die Luft tritt auf, wenn sie aus dem gelösten Zustand der Bremsflüssigkeit ausgeschieden wird oder wenn bei der Vakuumbefüllung nicht richtig evakuiert werden kann und sich in den sogenannten „toten Ecken“ festsetzt, die beim Befüllvorgang der Bremsanlage nicht ausreichend durchströmt werden. Außerdem können sich zum Beispiel in den Windungen von Federn oder zwischen diesen und den sie umgebenden Zylindern - zum Beispiel im Hauptbremszylinder - feinste Gasbläschen festsetzen, die mit den üblichen Mitteln nicht zu entfernen sind.
Leckagetest
Die Sicherheit beim Bremsen ist nicht mehr gegeben, wenn an der Bremsanlage eine Leckage auftritt. Die Suche nach möglichen Leckage muss daher ein wichtiger Aspekt innerhalb der Bremsprüfung sein. Ein Ziel der Bremsenprüfung mit Pedalprüfung ist daher bei der Leckagemessung Undichtigkeiten festzustellen, so dass kein sicherheitsbedenkliches Fahrzeug zum Kunden gelangen kann.
7 Fahrzeugbremssystem
Bremsen dienen bei einem Kraftfahrzeug zum Verzögern, zum Abbremsen bis zum Stillstand und zum Sichern gegen Wegrollen. Beim Bremsen wird Bewegungsenergie in Wärme umgewandelt
Bremsausrüstung. Sie besteht aus allen Brems- und Verzögerungsanlagen eines Kraftfahrzeugs.
7.1 Bremsanlagen
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Bild 9: Aufbau einer Bremsanlage
Betriebsbremsanlage (BBA). Sie soll, wenn erforderlich, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs verringern, unter Umständen bis zum Stillstand. Das Fahrzeug soll dabei seine Spur beibehalten. Die Betriebsbremse wird stufenlos mit dem Fuß betätigt (Fußbremse) und wirkt auf alle Räder. [2]
Hilfsbremsanlage (HBA). Sie soll bei Störungen der Betriebsbremsanlage deren Aufgaben, eventuell mit verminderter Wirkung, erfüllen. Es muss keine unabhängige dritte Bremse sein, sondern es genügt der intakte Kreis einer zweikreisigen Betriebsbremsanlage oder eine abstufbare Feststellbremsanlage. [2]
Feststellbremsanlage (FBA). Sie soll ein haltendes oder abgestelltes Fahrzeug gegen Wegrollen, auch bei geneigter Fahrbahn, sichern. Ihre Bauteile müssen aus Sicherheitsgründen eine mechanische Verbindung (Gestänge, Seilzug) haben. Sie wird meist durch einen Handhebel (Handbremse) oder ein Fußpedal abstufbar betätigt. Sie wirkt auf die Räder nur einer Achse.
Dauerbremsanlage (DBA). Sie soll bei Talfahrt die Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf einem vorgeschriebenen Wert halten (Dritte Bremse).
Antiblockiersystem (ABS). Es besteht aus den Bauteilen einer Betriebsbremsanlage, die während des Bremsens selbsttätig den Schlupf der Räder regeln. Die Räder werden durch Sensoren überwacht. Mit Hilfe ihrer Signale werden die Bremskräfte an den Rädern geregelt.
Eine Bremsanlage besteht aus (Bild 9)
- Energieversorgungseinrichtung
- Betätigungseinrichtung
- Übertragungseinrichtung
- eventuell Zusatzeinrichtung für Anhängefahrzeuge, z.B. Anhängersteuereinrichtung
- Feststellbremse
- Betriebsbremse
- eventuell Bremskraftregelung wie z.B. ABS
- Radbremse an Vorderachse und Hinterachse.
7.2 Hydraulische Bremse
7.2.1 Aufbau
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Die hydraulische Bremsanlage (Bild 10) besteht aus dem Bremspedal, dem Tandem-Hauptzylinder mit Bremskraftverstärker, dem Leitungssystem, den Bremszylindern mit den Scheibenradbremsen.
Bild 10: Hydraulische Bremsanlage (Quelle: [5])
Aus Sicherheitsgründen ist eine Zweikreisbremsanlage mit einem Tandem-Hauptzylinder vorgeschrieben. Wenn ein Bremskreis ausfällt, kann man mit dem anderen Bremskreis das Fahrzeug noch abbremsen.
7.2.2 Wirkungsweise
Die Wirkungsweise der hydraulischen Bremse beruht auf dem Pascalschen Gesetz:
Der Druck auf eine allseitig eingeschlossene Flüssigkeit wirkt gleichmäßig nach allen Seiten.
Die Kraft, mit der das Bremspedal auf den Kolben im Hauptzylinder drückt, erzeugt den Flüssigkeitsdruck. Dieser wirkt über die Bremsleitungen und erzeugt die Spannkräfte (Anpresskräfte). Mit der hydraulischen Kraftübertragung ist meist eine Kraftübersetzung verbunden. Die Kräfte verhalten sich zueinander wie die Kolbenflächen, d.h. an der größeren Fläche entsteht die größere Kraft. Die Kolbenwege dagegen verhalten sich umgekehrt wie die Kräfte: Der größere Weg erfordert nur eine kleinere Kraft.
Die hydraulische Bremse kann mit hohen Drücken (bis 120 bar, kurzzeitig bis 180 bar) arbeiten. Dies ergibt kleine Abmessungen der hydraulischen Bauelemente.
Da sich Bremsflüssigkeit praktisch nicht zusammendrücken lässt und die Lüftspiele klein sind, werden nur geringe Flüssigkeitsmengen bewegt; der Druckanstieg erfolgt rasch und die Bremsen sprechen schnell an.
Die hydraulische Bremse ist über einen längeren Zeitraum wartungsfrei.
7.3 Elektronische Fahrwerk-Regelsysteme
Elektronische Regelsysteme sollen ein sicheres Führen eines Kraftfahrzeugs beim Beschleunigen, Lenken und Bremsen gewährleisten.
Folgende Regelsysteme finden Anwendung:
- ABS (Anti-Blockier-System), verhindert Blockieren der Räder beim Bremsen
- BAS (Brems-Assistent), erkennt Notsituationen und sorgt für volles Eingreifen der Bremsen
- ASR bzw. ASC (Antriebs-Schlupf-Regelung), verhindert Durchdrehen der Räder beim Anfahren und Beschleunigen
- EMS (Elektronische Motorleistungs-Steuerung), verringert das Motormoment bis die Räder greifen
- MSR (Motor-Schleppmoment-Regelung), verringert den Bremsschlupf der Antriebsräder im Schiebebetrieb durch Motormomenterhöhung
- FDR (Fahr-Dynamik-Regelung wie ESP bzw. DSC), verhindert Schleudern des Fahrzeugs.
In unserem Fall wird ein ESP-System verwendet.
Aufbau (Bild 11). Folgende Sensoren werden verwendet:
- Bremsdrucksensor
- Gierratensensor
- Lenkwinkelsensor
- Raddrehzahlsensor
- Querbeschleunigungssensor.
Die Aktuatorik besteht aus folgenden Komponenten:
- Hydraulikeinheit, die an den Vorder- und Hinterrädern einen individuellen aktiven Bremsdruckaufbau ermöglicht.
- Ein aktiv ansteuerbarer Bremskraftverstärker zur Regelung des Vordrucks, zur Einhaltung der für den ESP-Bremseneingriff notwendigen Druckaufbaudynamik.
- Eingriffsmöglichkeiten in das Motor- und Getriebemanagement via CAN-Datenbus.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Bild 11: Komponenten des ESP-Systems
7.3.1 Wirkungsweise
Die über die Sensoren erfassten Signale wie z.B. Raddrehzahl, Lenkbewegung und Querbeschleunigung werden vom Steuergerät als Istwerte aufgenommen und mit eingespeicherten Sollwerten verglichen. Weichen die Istwerte vom gewünschten und tatsächlichen Kurs (Sollwert) ab, so greift das System, schneller als der Mensch es könnte, ein und regelt. Das Fahrzeug wird gezielt so gebremst, dass es sich stabil verhält. Das ESP-System entscheidet
- welches Rad wie stark abgebremst oder beschleunigt wird
- ob das Motormoment herabgesetzt wird.
Im Bild 12 ist der hydraulische und elektrische Leitungsverlauf des ESP-Systems dargestellt.
7.3.2 Funktionsbeschreibung
ESP (Electronic Stability Program) wird in der Baureihe 203 unabhängig von Motor- und Getriebevarianten eingesetzt.
Mit ESP wird die Beherrschbarkeit des Fahrzeugs, besonders im fahrdynamischen Grenzbereich, deutlich erhöht, indem unter allen Fahrbedingungen beim Bremsen, Beschleunigen und während des freien Rollens die Schleudergefahr im Vergleich zum Fahrzeug mit „Solo-ASR“ weiter reduziert und die Lenkwilligkeit verbessert wird.Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Bild 12: ESP-Systemaufbau
ESP ist ein modular aufgebautes Fahrdynamikregelsystem und beinhaltet die Basisregler ABS und ASR, die den längsdynamischen Fahrzustand erfassen und beeinflussen, sowie den übergeordneten Giermomentregler (GMR).
[...]
- Arbeit zitieren
- Alexander Perminow (Autor:in), 2000, Untersuchung der Evakuierbarkeit von Fahrzeugbremssystemen, München, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/36631
