DE19834705C5 - Druckluftversorgungseinrichtung für Fahrzeug-Druckluftanlagen und Verfahren zum Energiesparen bei Druckluftversorgungseinrichtungen - Google Patents

Abstract

Druckluftversorgungseinrichtung für Fahrzeug-Druckluftanlagen umfassend ein Mehrkreisschutzventil (13-16), einen Druckregler (4), eine Versorgungsleitung (18) zur Versorgung der Kreise des Mehrkreisschutzventils (13-16) mit Druckluft, und einen Kompressor (1), wobei eine Steuer- und/oder Regelektronik (24) vorgesehen ist, die ein den Kompressor (1) schaltendes Schaltglied (1a) wenigstens mittelbar steuert oder regelt, wobei eingangsseitig der Druckregler (4) mit Druckluft von dem Kompressor (1) versorgbar ist und die Versorgungsleitung (18) den Druckregler (4) ausgangsseitig mit dem Mehrkreisschutzventil (13-16) verbindet, und wobei das Schaltglied (1a) ein pneumatisches internes Schaltglied ist, das den Kompressor (1) intern schaltet, wobei das Schalten zeitlich auf die Kolbenposition des Kompressors (1) abgestimmt ist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Druckluftversorgungseinrichtung für Fahrzeug-Druckluftanlagen und ein Verfahren zum Energiesparen bei Druckluftversorgungseinrichtungen, insbesondere bei Fahrzeug-Druckluftanlagen.
• Derartige Druckluftversorgungseinrichtungen für Fahrzeug-Druckluftanlagen sind aus der DE 195 15 895 A1 bekannt. Dieses Dokument offenbart einen Luftkompressor, von dessen Ausgang zur Versorgung der Druckluftanlage eine Förderleitung zu einem Lufttrockner rührt. Die Förderleitung ist ausgangsseitig des Lufttrockners in zu wenigstens zwei Verbraucherkreisen führende Leitungszweige verzweigt. Der Druck in den Verbraucherkreisen ist durch Drucksensoren überwachbar. Es ist außerdem eine Steuerelektronik vorgesehen, an welche die Drucksensoren angeschlossen sind. Die Verbraucherkreise sind durch ein von der programmierbaren Steuerelektronik schaltbares, im jeweiligen Förderleitungszweig liegendes Sperrglied von der Druckluftversorgung abtrennbar. Hierdurch ist die Zufuhr von Druckluft in die Verbraucherkreise und die Entnahme von Druckluft zur Überleitung von einem Kreis in den anderen von der Steuerelektronik steuerbar. Bei derartigen gattungs gemäßen Druckluft-Versorgungseinrichtungen mit integriertem elektronischen Druckregler zweigen alle Kreise des Mehrkreisschutzventils von einer zentralen Versorgungsbohrung ab, um eine beliebige Füllreihenfolge und einen sequentiellen Luftaustausch zwischen den Kreisen zu ermöglichen.
• Aus diesem Dokument ist allerdings nicht entnehmbar, dass und auf welche Weise moderne energiesparende Schaltkompressoren betrieben werden können. Derartige Energiesparkompressoren werden mittels eines internen oder externen pneumatischen, elektromagnetischen oder elektromechanischen Schaltgliedes geschaltet. Diese Schaltglieder ermöglichen es, Schaltverluste zu minimieren. Hierbei ist die Ansteuerung zeitkritisch, da der Schaltvorgang in bestimmten Kolbenpositionen stattfinden muss.
• Entsprechende Energiesparkompressoren bzw. energiesparende Schaltkompressoren sind bspw. aus der DE 39 09 531 A1 oder der DE 195 29 684 C2 bekannt. Bei dem Energiesparkompressor gem. der DE 39 09 531 A1 wird durch einen Druckregler der Kolbenverdichter geregelt, wobei eine optimale Leistungseinsparung erwünscht ist. Hierbei wird das Saugventil in der Leerlaufphase in eine inaktive Position geschaltet. Zu diesem Zweck wird die Sauglamelle des Saugventils mittels eines über einen Übersetzungshebel auf sie einwirkenden Betätigungskolbens aus der Pumpstellung in die Abschaltstellung bzw. Leerlaufstellung an der Unterseite des Ventilträgers verschoben, derart, dass die Saugöffnungen des Kolbenverdichters wenigstens teilweise geöffnet, also von der Sauglamelle nicht vollständig überdeckt sind. Des weiteren überdeckt die Sauglamelle in der Leerlaufphase wenigstens teilweise die Drucköffnungen des Druckventils des Kolbenverdichters, um in der Leerlaufphase ein weiteres Fördern in Richtung des Verbrauchers zu verhindern. Außerdem ist innerhalb des Zylinderkopfes zwischen dem Sauganschluss des Kolbenverdichters und der das Saugventil und das Druckventil tragenden Ventilträgerplatte des Kolbenverdichters ein Rückschlagventil, vorzugsweise in Form eines Rückschlag-Lamellenventils, angeordnet, welches in Richtung des Saugraums öffnet und in Richtung der an den Sauganschluss angeschlossenen Saugleitung sperrt. Bei der Abschalt- bzw. Leerlaufphase dieses Kompressors bzw. Kolbenverdichters werden die Drucköffnungen des Kompressors wenigstens teilweise geschlossen, so dass kein unnötiges Abblasen von Luft geschieht. Als Folge hiervon ist es nur erforderlich, ein den Leckageverlusten entsprechendes geringes Volumen über das im Zylinderkopf befindliche Rückschlagventil anzusaugen, wenn der Kolben des Verdichters in Leerlaufstellung der Sauglamelle eine Saugbewegung vollzieht. Bei vollständig geschlossenen Drucköffnungen des Verdichters reduziert sich die zusätzlich anzusaugende Luftmenge aus der Saugleitung auf das tatsächlich existierende Leckagevolumen im Zylinder bzw. im Verdichtungsraum.
• Aus der DE 195 29 684 C2 ist auch ein entsprechender Kolbenverdichter bzw. energiesparender Schaltkompressor bekannt, der mit einer gegenüber einem Ventilträger des Kolbenverdichters wirkenden Sauglamelle, die zur Verwendung in einem Energiesparsystem zwischen einer der Pumpphase entsprechenden Position am Ventilträger und einer der Leerlaufphase entsprechenden Position bewegbar ist, wobei in der Leerlaufphase die Drucköffnungen des Ventilträgers durch die Sauglamelle abgedeckt sind, während die Saugöffnungen des Ventilträgers teilweise freigelegt sind, wobei die Sauglamelle als eine zwischen Ventilträger und Verdichtergehäuse gehaltene, durch Betätigungsmittel relativ zum Ventilträger drehbare Scheibe ausgebildet ist, wobei die Scheibe aus einem in der Pumpphase gegenüber den Saugöffnungen wirkenden Funktionsteil und einem mit dem Funktionsteil verbundenen Ruheteil besteht. Im Ru heteil befinden sich hierbei Drucköffnungen, die in der Pumpphase mit den Drucköffnungen des Ventilträgers fluchten. Es sind ferner zu beiden Seiten des Funktionsteils im Material des Ruheteils Aussparungen vorgesehen, die nach Drehung der Sauglamelle in die der Leerlaufphase entsprechende Position einen Teilbereich der Saugöffnungen des Ventilträgers überlappend freilegen, während die im Ruheteil vorgesehenen Drucköffnungen nach Drehung der Sauglamelle gegenüber den Drucköffnungen des Ventilträgers seitlich versetzt sind, derart, dass die Drucköffnungen des Ventilträgers in der Leerlaufphase abgedeckt sind.
• Es ist außerdem in der DE 195 15 895 A1 ein Kompressor vorgesehen, der mittels einer Kupplung schaltbar ist, wobei die Kupplung elektronisch gesteuert werden kann.
• Aus der DE 39 23 882 A1 ist eine Einrichtung zur Erzeugung von Druckluft bekannt, wobei bei vorgegebenem verbraucherseitigem Druck die Förderung von Luft vom Kompressor zum Verbraucher unterbrochen wird. Geschieht die Unterbrechung der Förderung durch Stillsetzen des Kompressors, dann kann es bei niedriger Umgebungstemperatur in den Druckleitungen, in denen sich Kondenswasser gebildet hat, zum Einfrieren kommen. Die beschriebene Einrichtung soll ein Einfrieren unter den gegebenen Betriebsbedingungen verhindern. Hierzu ist eine temperaturabhängige Schalteinrichtung vorgesehen, durch die in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur der Kompressor bei dem vorgegebenen verbraucherseitigen Druck und unterhalb einer vorgegebenen Umgebungstemperatur nicht stillgesetzt wird. Der Kompressor fördert dann erwärmte Luft durch einen Bereich der Einrichtung hindurch in die Atmosphäre. Der Kompressor wird von einem Motor über eine Kupplung angetrieben, wobei die Kupplung über ein pneumatisches Schaltglied geschaltet wird.
• Sowohl aus der DE 195 15 895 A1 als auch aus der DE 39 23 882 A1 ist kein Schalten eines energiesparenden Schaltkompressors offenbart.
• Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Druckluftversorgungseinrichtung anzugeben, mit der eine Ansteuerung von Energiesparkompressoren möglich ist und mit der im Betrieb Energie gespart wird. Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Druckluftversorgungseinrichtung anzugeben, die in kompakter und einfacher Bauweise herstellbar ist. Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein möglichst einfaches Verfahren zum Energiesparen bei Druckluftversorgungseinrichtungen anzugeben.
• Gelöst werden diese Aufgaben durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und die Merkmale des Patentanspruchs 7. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand er abhängigen Ansprüche.
• Erfindungsgemäß ist eine Druckluftversorgungseinrichtung für Fahrzeug-Druckluftanlagen umfassend ein Mehrkreisschutzventil, eine zwischen einem Druckregler und dem Mehrkreisschutzventil angeordnete Verbindungsleitung zur Versorgung der Kreise des Mehrkreisschutzventils mit Druckluft und einem Kompressor vorgesehen, wobei eine Steuer- und/oder Regelelektronik vorgesehen ist, die ein den Kompressor schaltendes Schaltglied wenigstens mittelbar steuert oder regelt, wobei eingangsseitig der Druckregler mit Druckluft von dem Kompressor versorgbar ist und die Versorgungsleitung den Druckregler ausgangsseitig mit dem Mehrkreisschutzventil verbindet, und wobei das Schaltglied ein pneumatisches internes Schaltglied ist, das den Kompressor intern schaltet, wobei das Schalten zeitlich auf die Kolbenposition des Kompressors abgestimmt ist. Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung ist gewährleistet, dass insbesondere Energiesparkompressoren, wie insbesondere Schaltkompressoren, betrieben werden können.
• Eine kompakte und einfach zu montierende Bauweise ist dann möglich, wenn die Verbindungsleitung eine Belüftungsbohrung und insbesondere eine zentrale Belüftungsbohrung ist. Der Druckregler und das Mehrkreisschutzventil können in einer Baueinheit untergebracht sein. Diese Baueinheit kann auch den Kompressor enthalten. Der Druckregler ist elektropneumatisch. Das Mehrkreisschutzventil ist elektropneumatisch. Ferner kann das Mehrkreisschutzventil ein Vierkreisschutzventil sein.
• Wenn wenigstens ein Drucksensor vorgesehen ist, kann die Steuerung oder Regelung in Abhängigkeit bzw. unter Berücksichtigung von gewissen in der Druckluftversorgungseinrichtung herrschenden Drücken geschehen. Wenn ein Drucksensor zum Messen des Drucks in der Verbindungsleitung vorgesehen ist, kann eine sinnvolle Steuerung oder Regelung des Kompressors mittels nur eines Drucksensors geschehen.
• Wenn zwischen dem Druckregler und der Verbindungsleitung und insbesondere dem Drucksensor zum Messen des Drucks in der Verbindungsleitung ein Sperrventil, insbesondere ein Rückschlagventil, vorgesehen ist, ist ein sicherer Betrieb der Druckluftversorgungseinrichtung möglich. Wenn Druck in oder hinter jedem Kreis des Mehrkreisschutzventils mittels Drucksensoren messbar ist, ist außer der Regelung oder Steuerung des Kompressors auch die Zufuhr von Druckluft in die Verbraucherkreise und die Entnahme von Druckluft zur Überleitung von einem Kreis in den anderen steuerbar oder regelbar.
• Das Schaltglied ist ein pneumatisches Schaltglied, wodurch das Schalten des Kompressors durch im Wesentlichen pneumatische Mittel ermöglicht wird und so wenig elektronische Komponenten benötigt werden. Hierzu kann das pneumatische Schaltglied unmittelbar mittels eines Vorsteuerventils steuerbar sein.
• Erfindungsgemäß weist ein Verfahren zum Energiesparen bei Druckluftversorgungseinrichtungen, insbesondere bei Fahrzeug-Druckluftanlagen, die folgenden Verfahrensschritte auf:
• – Messen eines in einer Verbindungsleitung, die zwischen einem Druckregler und einem Mehrkreisschutzventil angeordnet ist, herrschenden Drucks und/oder Messen der in oder hinter den Kreisen eines Mehrkreisschutzventils herrschenden Drücke,
• – Vergleichen des gemessenen Drucks oder der gemessenen Drücke mit vorgebbaren Schwellwerten, und
• – Betätigen eines pneumatischen internen Schaltglieds, das einen Kompressor pneumatisch intern schaltet, derart, dass der Kompressor bei Unterschreiten des oder der Schwellwerte Druckluft in die Druckluftversorgungseinrichtung fördert, wobei die Druckluft in den Druckregler eingangsseitig hinein gefördert wird und ausgangsseitig zum Mehrkreisschutzventil gefördert wird, und dass der Kompressor bei Überschreiten des oder der Schwellwerte Druckluft nicht in die Druckluftversorgungseinrichtung fördert, wobei das Schalten zeitlich auf die Kolbenposition des Kompressors abgestimmt ist.
• Durch dieses erfindungsgemäße Verfahren wird ein Energiesparen durch sinnvolles Schalten des Kompressors und insbesondere eines Schaltkompressors möglich. Durch dieses Schalten bzw. Ein- und Ausschalten ist es möglich, dass für den Kompressor zwischen Förder- und Nichtförderphase unterschieden werden kann. Insbesondere ist das Schalten bevorzugterweise zeitlich auf die Kolbenposition des Kompressors abgestimmt, so dass dieser im bevorzugten Zeitpunkt jeweils ein- oder ausgeschaltet werden kann.
• Das Schalten geschieht pneumatisch.
• Es werden Energiesparkompressoren für Fahrzeug-Druckluftanlagen verwendet. Die Energiesparkompressoren können Schaltkompressoren sein.
• Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigt
• 1 eine erfindungsgemäße Ausführungsform mit pneumatischem Vorsteuerventil in schematischer Darstellung.
• 1 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Druckluftversorgungseinrichtung für Fahrzeugdruckluftanlagen. Die Druckluftversorgungseinrichtung umfasst eine Lufttrocknerpatrone 5 und ein gemeinsames Gehäuse 20. Ein Energiesparkompressor 1 ist über eine Kompressorleitung 2 mit einem Eingangsstutzen 3 an dem gemeinsamen Gehäuse angebracht. In dem gemeinsamen Gehäuse sind ferner ein elektropneumatischer Druckregler 4 und ein Vierkreisschutzventil angeordnet. Die von dem Vierkreisschutzventil gelangenden Luftdrücke werden von den einzelnen Drucksteuereinheiten bzw. Kreisen 13 bis 16 über entsprechende Anschlussstutzen 13a bis 16a zu Behältern für die jeweiligen Kreise 21 und 22 geleitet. In diesem Ausführungsbeispiel sind lediglich zwei der vier Behälter dargestellt.
• Die vom Energiesparkompressor 1 geförderte Druckluft wird über eine Kompressorleitung 2 zum Eingangsstutzen 3 der Druckluftversorgungseinrichtung zugeführt. Im Rahmen dieser Erfindung bedeu tet Druckluftversorgungseinrichtung eine Einrichtung, die sowohl einen Kompressor 1, die Kompressorleitung 2 und den Eingangsstutzen 3 umfasst, als auch eine Einrichtung, die diese Komponenten in einem gemeinsamen Gehäuse 20 beinhaltet und auch eine Einrichtung, bei der der Kompressor mittels einer Leitung mit dem Gehäuse verbindbar ist. Von dem Eingangsstutzen 3 wird Druckluft dem elektropneumatischen Druckregler 4 zugeführt und danach durch die Lufttrocknerpatrone 5 geführt. Nachgeordnet ist ein Rückschlagventil 6, von dem ausgehend eine zentrale Versorgungsbohrung 18 weitergeführt wird. Von der zentralen Druckluftversorgungsbohrung 18 werden die elektromechanischen Drucksteuereinheiten 13 bis 16 mit Druckluft versorgt. Die Drucksteuereinheiten werden von der gemeinsamen Steuerelektronik 24 angesteuert und geben die Druckluft über die zugehörigen Anschlussstutzen 11a bis 16a an Druckluftkreise des Fahrzeugs ab, und zwar gemäß einstellbaren und/oder vorprogrammierbaren Parametern.
• Erreicht der Druck, der durch den Drucksensor 12 hinter dem Rückschlagventil 6 gemessen wird, den oberen Schwellwert, so schaltet die gemeinsame Steuerelektronik 24 die Signalleitung 26 derart, dass die pneumatische Steuerleitung 10a über den Anschluss 10 belüftet wird, wodurch das pneumatische Schaltglied 1a umschaltet und der Kompressor zu fördern aufhört. Dieses geschieht mittels Steuerung oder Regelung eines pneumatischen Vorsteuerventils 7 über eine Steuerbohrung 9, wobei das Vorsteuerventil über die Vorsteuerventilversorgungsleitung 17 mit Druckluft versorgt wird. Der Messwert des gemessenen Drucks wird über die elektrische Verbindung 25 zur Steuerelektronik 24 geleitet.
• Fällt der Druck in der Leitung 18 hinter dem Rückschlagventil 6 durch beispielsweise Luftentnahme wie beispielsweise beim Abbremsen des Fahrzeuges unter einen unteren Schwellwert, so wird durch die gemeinsame Steuerelektronik 24 über die Signalleitung 26 ein Invertieren des Magnetventils 23 hervorgerufen, wodurch das pneumatische Vorsteuerventil derart umgeschaltet wird, dass die pneumatische Steuerleitung 10a entlüftet wird. Diese Steuerleitung 10a kann schnell entlüftet werden. Hierdurch wird das pneumatische Stellglied 1a wieder in seine Ausgangslage bewegt und der Kompressor beginnt wieder zu fördern. Es sind Drucksensoren 35 – 38 vorgesehen.
• Die Entlüftung der Steuerleitung 10a geschieht über die Entlüftung des Vorsteuerventils 8 und/oder über die Zentralentlüftung 19.

1

Energiesparkompressor

1a

pneumatisches Schaltglied

2

Kompressorleitung

3

Eingangsstutzen

4

elektropneumatischer Druckregler

5

Lufttrocknerpatrone

6

Rückschlagventil

7

pneumatisches Vorsteuerventil

8

Entlüftung des Vorsteuerventils

9

Steuerbohrung

10

Anschluss

10a

pneumatische Steuerleitung

11

Überströmventil für Luftfederung

11a

Anschlussstutzen für Luftfederung

12

Drucksensor

13

elektromechanische Drucksteuereinheit für Kreis 1

13a

Anschlussstutzen für 13

14

elektromechanische Drucksteuereinheit für Kreis 2

14a

Anschlussstutzen für 14

15

elektromechanische Drucksteuereinheit für Kreis 3

15a

Anschlussstutzen für 15

16

elektromechanische Drucksteuereinheit für Kreis 4

16a

Anschlussstutzen für 16

17

Vorsteuerventilversorgungsleitung

18

zentrale Versorgungsbohrung

19

Zentralentlüftung

20

gemeinsames Gehäuse

21

Behälter für Kreis 1

22

Behälter für Kreis 2

23

Magnetventil

24

gemeinsame Steuerelektronik

25

elektrische Verbindung zum Drucksensor

26

elektrische oder elektronische Steuerleitung

35

Drucksensor

36

Drucksensor

37

Drucksensor

38

Drucksensor

Claims (7)

1. Druckluftversorgungseinrichtung für Fahrzeug-Druckluftanlagen umfassend ein Mehrkreisschutzventil (13-16), einen Druckregler (4), eine Versorgungsleitung (18) zur Versorgung der Kreise des Mehrkreisschutzventils (13-16) mit Druckluft, und einen Kompressor (1), wobei eine Steuer- und/oder Regelektronik (24) vorgesehen ist, die ein den Kompressor (1) schaltendes Schaltglied (1a) wenigstens mittelbar steuert oder regelt, wobei eingangsseitig der Druckregler (4) mit Druckluft von dem Kompressor (1) versorgbar ist und die Versorgungsleitung (18) den Druckregler (4) ausgangsseitig mit dem Mehrkreisschutzventil (13-16) verbindet, und wobei das Schaltglied (1a) ein pneumatisches internes Schaltglied ist, das den Kompressor (1) intern schaltet, wobei das Schalten zeitlich auf die Kolbenposition des Kompressors (1) abgestimmt ist.
2. Druckluftversorgungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Drucksensor (12, 35-38) vorgesehen ist.
3. Druckluftversorgungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drucksensor (12) zum Messen des Drucks in der Verbindungsleitung (18) vorgesehen ist.
4. Druckluftversorgungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Druckregler (4) und der Verbindungsleitung (18) und insbesondere dem Drucksensor (12) zum Messen des Drucks in der Verbindungsleitung ein Sperrventil (6), insbesondere ein Rückschlagventil, vorgesehen ist.
5. Druckluftversorgungseinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in oder hinter jedem Kreis des Mehrkreisschutzventils (13-16) mittels Drucksensoren (38) messbar ist.
6. Druckluftversorgungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das pneumatische Schaltglied (1a) unmittelbar mittels eines Vorsteuerventils (7) steuerbar ist.
7. Verfahren zum Energiesparen bei Druckluftversorgungseinrichtungen, insbesondere bei Fahrzeug-Druckluftanlagen, mit folgenden Verfahrensschritten: – Messen eines in einer Verbindungsleitung (18), die zwischen einem Ausgang eines Druckreglers (4) und einem Mehrkreisschutzventil (13-16) angeordnet ist, herr schenden Drucks und/oder Messen der in oder hinter den Kreisen eines Mehrkreisschutzventils (13-16) herrschenden Drücke, – Vergleichen des gemessenen Drucks oder der gemessenen Drücke mit vorgebbaren Schwellwerten, und – Betätigen eines pneumatischen internen Schaltglieds (1a), das einen Kompressor (1) pneumatisch intern schaltet, derart, dass der Kompressor (1) bei Unterschreiten des oder der Schwellwerte, Druckluft in die Druckluftversorgungseinrichtung fördert, wobei die Druckluft in den Druckregler (4) eingangsseitig hinein gefördert wird und ausgangsseitig zum Mehrkreisschutzventil (13-16) gefördert wird, und dass der Kompressor (1) bei Überschreiten des oder der Schwellwerte Druckluft nicht in die Druckluftversorgungseinrichtung fördert, wobei das Schalten zeitlich auf die Kolbenposition des Kompressors (1) abgestimmt ist.