DE102016011442A1 - System für ein Nutzfahrzeug umfassend einen Schraubenkompressor sowie einen Elektromotor - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System (1) für ein Nutzfahrzeug umfassend einen Schraubenkompressor (10) sowie einen Elektromotor (5), wobei der Elektromotor (5) den Schraubenkompressor (10) antreibt, und wobei der Elektromotor (5) mit dem Schraubenkompressor (10) mittels eines Flansches (12) verbunden ist, wobei der Flansch (12) wenigstens einen Kühlanschluss (104, 106) aufweist und wobei im Flansch (12) wenigstens ein Kühlkanal vorgesehen ist.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein System für ein Nutzfahrzeug umfassend einen Schraubenkompressor sowie einen Elektromotor.
- Aus dem Stand der Technik sind bereits Schraubenkompressoren für Nutzfahrzeuge bekannt. Derartige Schraubenkompressoren werden verwendet, um die notwendige Druckluft für beispielsweise das Bremssystem des Nutzfahrzeugs bereitzustellen.
- In diesem Zusammenhang sind insbesondere Öl befüllte Kompressoren, insbesondere auch Schraubenkompressoren bekannt, bei denen sich als Aufgabe stellt, die Öltemperatur zu regulieren. Dies wird in der Regel dadurch bewerkstelligt, dass ein externer Ölkühler vorhanden ist, der mit dem Öl befüllten Kompressor und dem Ölkreislauf über ein Thermostatventil verbunden ist. Der Ölkühler ist dabei ein Wärmetauscher, der zwei voneinander getrennte Kreisläufe aufweist, wobei der erste Kreislauf für die heiße Flüssigkeit, also das Kompressoröl, vorgesehen ist und der zweite für die Kühlflüssigkeit. Als Kühlflüssigkeit können beispielsweise Luft, Wassergemische mit einem Frostschutzmittel oder einem anderen Öl verwendet werden.
- Dieser Ölkühler muss sodann mit dem Kompressorölkreislauf über Rohre oder Schläuche verbunden werden und der Ölkreislauf muss gegen Leckagen gesichert werden.
- Dieses externe Volumen muss des Weiteren mit Öl befüllt werden, so dass auch die Gesamtmenge an Öl vergrößert wird. Dadurch wird die Systemträgheit vergrößert. Darüber hinaus muss der Ölkühler mechanisch untergebracht und befestigt werden, entweder durch umliegend befindliche Halterungen oder durch eine gesonderte Halterung, was zusätzliche Bestigungsmittel, aber auch Bauraum benötigt.
- Aus der
US 4,780,061 ist bereits ein Schraubenkompressor mit einer integrierten Ölkühlung bekannt. - Des Weiteren offenbart die
DE 37 17 493 A1 eine in einem kompakten Gehäuse angeordnete Schraubenverdichter-Anlage, die einen Ölkühler auf dem Elektromotor des Schraubenkompressors aufweist. - Aus der
DE 10 2010 015 151 A1 ist ein Verdichterflansch für einen Schraubenverdichter bekannt. - Weiter ist aus der
US 2014/0190674 A1 - Aus der
DE 10 2013 011 061 B3 ist weiter ein Wärmetauscher mit einer Flanschverbindung bekannt, wobei die Flanschverbindung einen Anschlussflansch aufweist, der ein Druckgussteil ist und gießtechnisch hergestellte Durchgangslöcher zur Aufnahme von Schraubbolzen aufweist. - Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System für ein Nutzfahrzeug umfassend einen Schraubenkompressor sowie einen Elektromotor in vorteilhafter Weise weiterzubilden, insbesondere dahingehend, dass eine platzsparende Kühlmöglichkeit für ein gattungsgemäßes System bereitgestellt werden kann.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein System für ein Nutzfahrzeug umfassend einen Schraubenkompressor sowie einen Elektromotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Danach ist vorgesehen, dass ein System für ein Nutzfahrzeug einen Schraubenkompressor sowie einen Elektromotor umfasst, wobei der Elektromotor den Schraubenkompressor antreibt, und wobei der Elektromotor mit dem Schraubenkompressor mittels eines Flansches verbunden ist, wobei der Flansch wenigstens einen Kühlanschluss aufweist und wobei im Flansch wenigstens ein Kühlkanal vorgesehen ist.
- Die Erfindung basiert auf dem Grundgedanken, eine platzsparende Kühlmöglichkeit dadurch zu schaffen, dass ein Verbindungselement zwischen Schraubenkompressor und Elektromotor vorgesehen ist, das gekühlt wird. Dadurch ist es nicht mehr erforderlich, eine Luftkühlung des Elektromotors und des Schraubenkompressors vorzusehen. Vielmehr wird direkt an der Stelle, an der mit die meiste Wärmeentwicklung des Systems vorliegt, gezielt eine Kühlmöglichkeit geschaffen. Durch die Anordnung des Flansches zwischen Elektromotor und Schraubenkompressor sowie der Tatsache, dass im Flansch wenigstens ein Kühlkanal vorgesehen wird, kann eine Kühlung mit einem geeigneten Kühlfluid ermöglicht werden.
- Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Flansch ein gesondertes Bauteil ist. Dadurch wird es möglich, entsprechende Kühlkanalgeometrien einfach im Flansch vorsehen zu können. Sowohl der Schraubenkompressor als auch der Elektromotor können dabei im Hinblick auf die mechanische Schnittstelle, d. h. die entsprechenden Flansche standardmäßig ausgeführt sein bzw. bleiben und bedürfen keiner Modifikation.
- Im Flansch kann die Antriebsachse zum Antrieb des Schraubenkompressors durch den Elektromotor geführt sein. Die dort entstehende Wärme kann somit über den Flansch einfach abgeführt werden.
- Bei dem Kühlfluid für den Flansch kann es sich um ein Kühlfluid auf Wasserbasis, insbesondere um Kühlwasser oder eine Mischung aus Wasser und einer weiteren Komponente, wie z. B. Methylen Gluckol oder ein anderes geeignetes Frostschutzmittel handeln.
- Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass der Schraubenkompressor zur Drucklufterzeugung dient. Insbesondere kann es sich dabei um einen Schraubenkompressor handeln, der zur Druckluftversorgung einer pneumatischen Bremsanlage eines Nutzfahrzeugs dient. Durch das Vorsehen eines Schraubenkompressors mit einem Elektromotor wird es möglich, ein derartiges System im Hybridfahrzeug im Nutzfahrzeugbereich zu ermöglichen. Ein hocheffizientes System kann bereitgestellt werden.
- Der Elektromotor kann einen Elektromotorflansch aufweisen, der für die Verbindung mit dem Flansch vorgesehen ist. Der Elektromotorflansch kann dabei ein standardmäßig ausgeführter Elektromotorflansch des Elektromotors sein. Eine Anpassung ist somit nicht erforderlich, was eine kostengünstige Lösung ermöglicht.
- Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Kühlkanal des Flansches in Richtung auf den Elektromotorflansch im montierten Zustand geöffnet ist. Hierdurch wird ein direkter Kontakt des Kühlfluids mit zumindest dem Teil des Elektromotorflansches ermöglicht. Dadurch kann eine effiziente Wärmeabfuhr von Wärme aus dem Elektromotor über den Elektromotorflansch und das Kühlfluid im Kühlkanal des Flansches ermöglicht werden.
- Die Dichtung des Kühlkanals kann durch den Zusammenbau von Elektromotorflansch und Flansch erst im montierten Zustand realisiert werden. Hierdurch wird einfach realisiert, dass das Kühlfluid im montierten Zustand des Systems in direkten Kontakt zumindest mit Teilen des Elektromotorflansches kommen soll und kann.
- Insbesondere kann weiter vorgesehen sein, dass der Elekromotor keinen gesonderten Kühlkanal und/oder Kühlmittelanschlüsse aufweist. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Elektromotor keine gesonderten Anpassungen benötigt, was eine kostengünstige Herstellung und Montage des Systems ermöglicht.
- Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nun anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
- Es zeigen
-
1 eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes System für ein Nutzfahrzeug umfassend einen Schraubenkompressor sowie einen Elektromotor; -
2 eine perspektivische Ansicht auf das System im montierten Zustand; und -
3a , b perspektivische Ansichten auf den Flansch zwischen Schraubenkompressor und Elektromotor. -
1 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung einen Schraubenkompressor10 im Sinne eines Ausführungsbeispiels für die vorliegende Erfindung. - Der Schraubenkompressor
10 weist einen Befestigungsflansch12 zur mechanischen Befestigung des Schraubenkompressors10 an einem hier nicht näher gezeigten Elektromotor auf. - Gezeigt ist jedoch die Eingangswelle
14 , über die das Drehmoment vom Elektromotor auf eine der beiden Schrauben16 und18 , nämlich die Schraube16 übertragen wird. - Die Schraube
18 kämmt mit der Schraube16 und wird über diese angetrieben. - Der Schraubenkompressor
10 weist ein Gehäuse20 auf, in dem die wesentlichen Komponenten des Schraubenkompressors10 untergebracht sind. - Das Gehäuse
20 ist mit Öl22 befüllt. - Lufteingangsseitig ist am Gehäuse
20 des Schraubenkompressors10 ein Einlassstutzen24 vorgesehen. Der Einlassstutzen24 ist dabei derart ausgebildet, dass an ihm ein Luftfilter26 angeordnet ist. Außerdem ist radial am Lufteinlassstutzen24 ein Lufteinlass28 vorgesehen. - Im Bereich zwischen Einlassstutzen
24 und der Stelle, an dem der Einlassstutzen24 am Gehäuse20 ansetzt, ist ein federbelasteter Ventileinsatz30 vorgesehen, hier als Axialdichtung ausgeführt. - Dieser Ventileinsatz
30 dient als Rückschlagventil. - Stromabwärts des Ventileinsatzes
30 ist ein Luftzuführkanal32 vorgesehen, der die Luft den beiden Schrauben16 ,18 zuführt. - Ausgangsseitig der beiden Schrauben
16 ,18 ist ein Luftauslassrohr34 mit einer Steigleitung36 vorgesehen. - Im Bereich des Endes der Steigleitung
36 ist ein Temperaturfühler38 vorgesehen, mittels dessen die Öltemperatur überwachbar ist. - Weiter vorgesehen ist im Luftauslassbereich ein Halter
40 für ein Luftentölelement42 . - Der Halter
40 für das Luftentölelement weist im montierten Zustand im dem Boden zugewandten Bereich (wie auch in1 gezeigt) das Luftentölelement42 auf. - Weiter vorgesehen ist im Inneren der Luftentölelement
42 ein entsprechendes Filtersieb bzw. bekannte Filter- und Ölabscheidevorrichtungen44 , die nicht näher im Einzelnen spezifiziert werden. - Im zentralen oberen Bereich, bezogen auf den montierten und betriebsfertigen Zustand (also wie in
1 gezeigt), weist der Halter für das Luftentölelement40 eine Luftausgangsöffnung46 auf, die zu einem Rückschlagventil48 und einem Mindestdruckventil50 führen. Das Rückschlagventil48 und das Mindestdruckventil50 können auch in einem gemeinsamen, kombinierten Ventil ausgebildet sein. - Nachfolgend des Rückschlagventils
48 ist der Luftauslass51 vorgesehen. - Der Luftauslass
51 ist mit entsprechend bekannten Druckluftverbrauchern in der Regel verbunden. - Um das im Luftentölelement
42 befindliche und abgeschiedene Öl22 wieder in das Gehäuse20 zurückzuführen, ist eine Steigleitung52 vorgesehen, die ausgangs des Halters40 für das Luftentölelement42 beim Übertritt in das Gehäuse20 ein Filter- und Rückschlagventil54 aufweist. - Stromabwärts des Filter- und Rückschlagventils
54 ist in einer Gehäusebohrung eine Düse56 vorgesehen. Die Ölrückführleitung58 führt zurück in etwa den mittleren Bereich der Schraube16 oder der Schraube18 , um dieser wieder Öl22 zuzuführen. - Im im montierten Zustand befindlichen Bodenbereich des Gehäuses
20 ist eine Ölablassschraube59 vorgesehen. Über die Ölablassschraube59 kann eine entsprechende Ölablauföffnung geöffnet werden, über die das Öl22 abgelassen werden kann. - Im unteren Bereich des Gehäuses
20 ist auch der Ansatz60 vorhanden, an dem der Ölfilter62 befestigt wird. Über einen Ölfiltereinlasskanal64 , der im Gehäuse20 angeordnet ist, wird das Öl22 zunächst zu einem Thermostatventil66 geleitet. - Anstelle des Thermostatventils
66 kann eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung vorgesehen sein, mittels derer die Öltemperatur des im Gehäuse20 befindlichen Öls22 überwachbar und auf einen Sollwert einstellbar ist. - Stromabwärts des Thermostatventils
66 ist sodann der Öleinlass des Ölfilters62 , der über eine zentrale Rückführleitung68 das Öl22 wieder zurück zur Schraube18 oder zur Schraube16 , aber auch zum ölgeschmierten Lager70 der Welle14 führt. Im Bereich des Lagers70 ist auch eine Düse72 vorgesehen, die im Gehäuse20 im Zusammenhang mit der Rückführleitung68 vorgesehen ist. - Der Kühler
74 ist am Ansatz60 angeschlossen. - Im oberen Bereich des Gehäuses
20 (bezogen auf den montierten Zustand) befindet sich ein Sicherheitsventil76 , über das ein zu großer Druck im Gehäuse20 abgebaut werden kann. - Vor dem Mindestdruckventil
50 befindet sich eine Bypassleitung78 , die zu einem Entlastungsventil80 führt. Über dieses Entlastungsventil80 das mittels einer Verbindung mit der Luftzuführung32 angesteuert wird kann Luft in den Bereich des Lufteinlasses28 zurückgeführt werden. In diesem Bereich kann ein nicht näher gezeigtes Entlüftungsventil und auch eine Düse (Durchmesserveringerung der zuführenden Leitung) vorgesehen sein. - Darüber hinaus kann ungefähr auf Höhe der Leitung
34 in der Außenwand des Gehäuses20 ein Öllevelsensor82 vorgesehen sein. Dieser Öllevelsensor82 kann beispielsweise ein optischer Sensor sein und derart beschaffen und eingerichtet, dass anhand des Sensorsignals erkannt werden kann, ob der Ölstand im Betrieb oberhalb des Öllevelsensors82 ist oder ob der Öllevelsensor82 frei liegt und hierdurch der Ölstand entsprechend gefallen ist. - Im Zusammenhang mit dieser Überwachung kann auch eine Alarmeinheit vorgesehen sein, die eine entsprechende Fehlermeldung oder Warnmeldung an den Nutzer des Systems ausgibt bzw. weiterleitet.
- Die Funktion des in
1 gezeigten Schraubenkompressors10 ist dabei wie folgt: Luft wird über den Lufteinlass28 zugeführt und gelangt über das Rückschlagventil30 zu den Schrauben16 ,18 , wo die Luft komprimiert wird. Das komprimierte Luft-Öl-Gemisch, das mit einem Faktor zwischen 5- bis 16facher Komprimierung nach den Schrauben16 und18 durch die Auslassleitung34 über das Steigrohr36 aufsteigt, wird direkt auf den Temperaturfühler38 geblasen. - Die Luft, die noch teilweise Ölpartikel trägt, wird sodann über den Halter
40 in das Luftentölelement42 geführt und gelangt, sofern der entsprechende Mindestdruck erreicht wird, in die Luftauslassleitung51 . - Das im Gehäuse
20 befindliche Öl22 wird über den Ölfilter62 und ggf. über den Wärmetauscher74 auf Betriebstemperatur gehalten. - Sofern keine Kühlung notwendig ist, wird der Wärmetauscher
74 nicht verwendet und ist auch nicht zugeschaltet. - Die entsprechende Zuschaltung erfolgt über das Thermostatventil
68 . Nach der Aufreinigung im Ölfilter64 wird über die Leitung68 Öl der Schraube18 oder der Schraube16 , aber auch dem Lager72 zugeführt. Die Schraube16 oder die Schraube18 wird über die Rückführleitung52 ,58 mit Öl22 versorgt, hier erfolgt die Aufreinigung des Öls22 im Luftentölelement42 . - Über den nicht näher gezeigten Elektromotor, der sein Drehmoment über die Welle
14 auf die Schraube16 überträgt, die wiederum mit der Welle18 kämmt, werden die Schrauben16 und18 des Schraubenkompressors10 angetrieben. - Über das nicht näher gezeigte Entlastungsventil
80 wird sichergestellt, dass im Bereich der Zuleitung32 nicht der hohe Druck, der im Betriebszustand beispielsweise ausgangsseitig der Schrauben16 ,18 herrscht, eingesperrt werden kann, sondern dass insbesondere beim Anlaufen des Kompressors im Bereich der Zuleitung32 stets ein niedriger Eingangsdruck, insbesondere Atmosphärendruck, besteht. Andernfalls würde mit einem Anlaufen des Kompressors zunächst ein sehr hoher Druck ausgangsseitig der Schrauben16 und18 entstehen, der den Antriebsmotor überlasten würde. -
2 zeigt in perspektivischer Ansicht einen Blick auf ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel des Gesamtsystems1 mit dem Elektromotor5 und dem Schraubenkompressor10 . -
3a und3b zeigen perspektivische Ansichten auf den Flansch12 zwischen Schraubenkompressor10 und Elektromotor5 . - Als Verbindungsteil zwischen Schraubenkompressor
10 und Elektromotor5 befindet sich in der Mitte der Flansch12 . - Der Flansch
12 ist dabei als gesondertes Bauteil ausgebildet, das zwischen dem Schraubenkompressor10 und dem Elektromotor5 angeordnet ist. - Die Antriebswelle
14 ist dabei durch die zentrale Öffnung100 des Flansches12 geführt. - Der Flansch
12 weist einen Kühlkanal102 auf. - Der Kühlkanal
102 des Flansches12 ist dabei, wie auch im Detail in3a ersichtlich, in Richtung Elektromotorflansch bezogen auf die montierte Anordnung geöffnet ist. - Die Dichtung des Kühlkanals
102 wird erst durch Zusammenbau von Elektromotorflansch und Flansch12 im montierten Zustand ausgebildet. - Der Elektromotor
5 bzw. der Elektromotorflansch weisen keinen Kühlkanal und keine Kühlmittelanschlüsse auf. - Wie weiter in
2 gezeigt ist, wird generell auf das Kühlmittel des Kühlsystems des Schraubenkompressors10 zurückgegriffen und zirkuliert über den Kühlkanal102 (vgl.3a ) im Flansch12 und wird über ein an den Kühlanschlüssen104 ,106 angeschlossene Gummischläuche108 zum Ölkühler74 geführt. - Nach dem Kühlen des Öls kehrt die Kühlflüssigkeit zum Fahrzeugkühlkreislauf (nicht näher gezeigt) zurück und ist hierüber über den Kühlauslassanschluss
110 entsprechend angeschlossen. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- System
- 5
- Elektromotor
- 10
- Schraubenkompressor
- 12
- Befestigungsflansch
- 14
- Eingangswelle
- 16
- Schrauben
- 18
- Schrauben
- 20
- Gehäuse
- 22
- Öl
- 24
- Einlassstutzen
- 26
- Luftfilter
- 28
- Lufteinlass
- 30
- Ventileinsatz
- 32
- Luftzuführkanal
- 34
- Luftauslassrohr
- 36
- Steigleitung
- 38
- Temperaturfühler
- 40
- Halter für ein Luftentölelement
- 42
- Luftentölelement
- 44
- Filtersieb bzw. bekannte Filter- bzw. Ölabscheidevorrichtungen
- 46
- Luftausgangsöffnung
- 48
- Rückschlagventil
- 50
- Mindestdruckventil
- 51
- Luftauslass
- 52
- Steigleitung
- 54
- Filter- und Rückschlagventil
- 56
- Düse
- 58
- Ölrückführleitung
- 59
- Ölablassschraube
- 60
- Ansatz
- 60a
- äußerer Ring
- 60b
- innerer Ring
- 62
- Ölfilter
- 64
- Ölfiltereinlasskanal
- 66
- Thermostatventil
- 68
- Rückführleitung
- 70
- Lager
- 72
- Düse
- 74
- Kühler, Wärmetauscher
- 76
- Sicherheitsventil
- 78
- Bypassleitung
- 80
- Entlastungsventil
- 82
- Öllevelsensor
- 100
- zentrale Öffnung
- 102
- Kühlkanal
- 104
- Kühlanschlüsse
- 106
- Kühlanschlüsse
- 108
- Gummischläuche
- 110
- Kühlauslassanschluss
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
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- US 2014/0190674 A1 [0009]
- DE 102013011061 B3 [0010]
Claims (9)
- System (
1 ) für ein Nutzfahrzeug umfassend einen Schraubenkompressor (10 ) sowie einen Elektromotor (5 ), wobei der Elektromotor (5 ) den Schraubenkompressor (10 ) antreibt, und wobei der Elektromotor (5 ) mit dem Schraubenkompressor (10 ) mittels eines Flansches (12 ) verbunden ist, wobei der Flansch (12 ) wenigstens einen Kühlanschluss (104 ,106 ) aufweist und wobei im Flansch (12 ) wenigstens ein Kühlkanal vorgesehen ist. - System (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (12 ) ein gesondertes Element ist, dass zwischen Elektromotor (5 ) und Schraubenkompressor (10 ) angeordnet ist. - System (
1 ) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Flansch (12 ) die Antriebsachse zum Antrieb des Schraubenkompressors (10 ) durch den Elektromotor (5 ) geführt ist. - System (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlfluid für den Flansch (12 ) auf Wasserbasis ausgeführt ist, wobei insbesondere Kühlwasser oder eine Mischung aus Wasser und einer weiteren Komponente, z. B. Methylen-Glycol, oder ein anderes geeignetes Frostschutzmittel verwendet wird. - System (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenkompressor (10 ) ein Schraubenkompressor (10 ) zur Drucklufterzeugung ist. - System (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (5 ) einen Elektromotorflansch aufweist, der für die Verbindung mit dem Flansch (12 ) vorgesehen ist. - System (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Kühlkanal des Flansches (12 ) in Richtung Elektromotorflansch bezogen auf die montierte Anordnung geöffnet ist. - System (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung des Kühlkanals durch Zusammenbau von Elektromotorflansch und Flansch (12 ) erst im montierten Zustand ausgebildet ist. - System (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (5 ) bzw. der Elektromotorflansch keinen Kühlkanal und/oder keine Kühlmittelanschlüsse aufweist.
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