DE19861222B4

DE19861222B4 - Druckluftversorgungseinrichtung für Fahrzeug-Druckluftanlagen und Verfahren zum Energiesparen bei Druckluftaufbereitungsanlagen

Info

Publication number: DE19861222B4
Application number: DE19861222A
Authority: DE
Inventors: Franz-Josef Birkeneder; Eduard Hilberer
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH; Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH; Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date: 1998-07-31
Filing date: 1998-07-31
Publication date: 2008-08-07
Anticipated expiration: 2018-08-01

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 Regelelektronik (24) vorgesehen ist, die ein den Kompressor (1) schaltendes Schaltglied (1a, 28) wenigstens mittelbar steuert oder regelt, wobei die Versorgungsleitung (18) den Druckregler (4) mit dem Mehrkreisschutzventil (13–16) verbindet, wobei das Schaltglied (1a) den Kompressor (1) unmittelbar schaltet, wobei das Schaltglied (1a) ein pneumatisches Schaltglied ist, wobei der Druckregler (4) ein Magnetventil (23) umfasst, das ein pneumatisches Vorsteuerventil (7) umschaltet, wobei das pneumatische Vorsteuerventil (7) das Schaltglied (1a) unmittelbar steuert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckluftversorgungseinrichtung für Fahrzeug-Druckluftanlagen und ein Verfahren zum Energiesparen bei Druckluftaufbereitungsanlagen 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 führt. 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 liegen des 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 gattungsgemäßen Druckluft-Versorgungseinrichtungen 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 Stellgliedes geschaltet. Diese Stellglieder ermöglichen es, Schaltverluste zu minimieren. Hierbei ist die Ansteuerung zeitkritisch, da der Schaltvorgang in bestimmten Kolbenpositionen stattfinden muss.
Aus der EP 0 119 505 A1 ist eine Druckluftanlage von Fahrzeugen, insbesondere eine Druckluftbremsanlage bekannt, bei der die Regelung des Druckniveaus über mehrere Schaltventile und Schalter und einen dem Kompressor-Druckraum zuschaltbaren Schaltraum durchgeführt wird. Auf diese Weise wird entsprechend den jeweiligen Betriebsgegebenheiten des Fahrzeugs Energie zur Druckluftbeschaffung eingespart, und zwar dadurch, dass das Füllen der Anlage vornehmlich in solche Phasen verlegt wird, in denen die für den Kompressor erforderliche Antriebsenergie nicht dem Fahrzeugmotor sondern von der Bewegungsenergie des Fahrzeugs, z. B. bei Talfahrt, abgezweigt wird.
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 Druckluftaufbereitungsanlagen anzugeben.
Gelöst werden diese Aufgaben durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 7. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß umfasst eine Druckluftversorgungseinrichtung für Fahrzeug-Druckluftanlagen ein Mehrkreisschutzventil, einen Druckregler, eine Versorgungsleitung zur Versorgung der Kreise des Mehrkreisschutzventils mit Druckluft, und einen Kompressor, wobei eine Steuer- und/oder Regelelektronik vorgesehen ist, die ein den Kompressor schaltendes Schaltglied wenigstens mittelbar steuert oder regelt, wobei die Versorgungsleitung den Druckregler mit dem Mehrkreisschutzventil verbindet, wobei das Schaltglied den Kompressor unmittelbar schaltet, wobei das Schaltglied ein pneumatisches Schaltglied ist, wobei der Druckregler ein Magnetventil umfasst, das ein pneumatisches Vorsteuerventil umschaltet, wobei das pneumatische Vorsteuerventil das Schaltglied unmittelbar steuert. Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung ist gewährleistet, dass insbesondere Energiesparkompressoren, wie insbesondere Schaltkompressoren betrieben werden können.
Eine kompakte und einfach zu montierende Bauweise ist vorzugsweise dann möglich, wenn die Verbindungsleitung eine Belüftungsbohrung und insbesondere eine zentrale Belüftungsbohrung ist. Vorzugsweise ist die Fahrzeug-Druckluftanlage elektromechanisch. Vorzugsweise sind der Druckregler und das Mehrkreisschutzventil in einer Baueinheit untergebracht. Diese Baueinheit kann insbesondere vorzugsweise auch den Kompressor enthalten. Vorzugsweise ist der Druckregler elektropneumatisch. Vorzugsweise ist das Mehrkreisschutzventil elektropneumatisch. Ferner vorzugsweise ist das Mehrkreisschutzventil ein Vierkreisschutzventil.
Wenn vorzugsweise wenigstens ein Drucksensor vorgesehen ist, kann die Steuerung oder Regelung in Abhängigkeit bzw. unter Berücksichtigung von gewissen in der Druckluftversorgungseinrichtung herrschenden Drücken geschehen. Wenn vorzugsweise 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 vorzugsweise 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 vorzugsweise 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.
Dadurch, dass das Schaltglied ein pneumatisches Schaltglied ist, wird das Schalten des Kompressors durch im Wesentlichen pneumatische Mittel ermöglicht, so dass wenig elektronische Komponenten benötigt werden. Erfindungsgemäß ist das pneumatische Schaltglied unmittelbar mittels eines Vorsteuerventils steuerbar.
Das Schaltglied kann ein elektromagnetisches Schaltglied sein, so dass eine elektronische Steuerung oder Regelung möglich ist.
Wenn die zum elektromagnetischen Schaltglied führende elektronische Leitung eine CAN-Leitung ist, können zusätzliche Funktionen auf diese Leitung aufgeschaltet werden, wie beispielsweise Fahrzeugführungsfunktionen oder die Dieseleinspritzung. CAN ist üblicherweise bekannt und kommt vom englischen Begriff Controller Area Network und ist ein speziell für den Kfz-Einsatz konzipiertes serielles Bussystem. Siehe hierzu beispielsweise "Kraftfahrtechnisches Taschenbuch", Robert Bosch GmbH, 22. Auflage, 1995, Seite 800 ff.
Es kann zwischen der Steuer- und/oder Regelelektronik und dem elektromagnetischen Schaltglied eine weitere Steuer- und/oder Regelelektronik angeordnet sein, die weitere Steuer- und/oder Regelfunktionen wahrnehmen kann. Im Rahmen dieser Erfindung umfasst der Begriff Steuer- und/oder Regelelektronik insbesondere eine Steuervorrichtung, eine Regelvorrichtung, ein Steuergerät und ein Regelgerät.
Vorzugsweise ist eine Druckluftanlage mit einer vorbeschriebenen Druckluftversorgungseinheit versehen.
Erfindungsgemäß weist ein Verfahren zum Energiesparen bei Druckluftaufbereitungsanlagen, 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 Schaltglieds, das einen Kompressor unmittelbar schaltet, derart, dass der Kompressor bei Unterschreiten des oder der Schwellwerte Druckluft in die Druckluftversorgungseinrichtung fördert und bei Überschreiten des oder der Schwellwerte Druckluft nicht in die Druckluftversorgungseinrichtung fördert, wobei das Schalten zeitlich auf die Kolbenposition des Kompressors (1) 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. Dadurch, dass das Schalten zeitlich auf die Kolbenposition des Kompressors abgestimmt ist, kann dieser im bevorzugten Zeitpunkt jeweils ein- oder ausgeschaltet werden kann.
Vorzugsweise geschieht das Schalten elektromagnetisch.
Vorzugsweise geschieht das Schalten pneumatisch.
Es werden Energiesparkompressoren für Fahrzeug-Druckluftanlagen verwendet. Zweckmäßig sind die Energiesparkompressoren Schaltkompressoren.
Es werden Energiesparkompressoren für Druckluftversorgungseinrichtungen der vorgenannten Art verwendet.
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben, auf die im übrigen bezüglich der Offenbarung aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Ausführungsform mit pneumatischem Vorsteuerventil in schematischer Darstellung,
2 eine weitere Ausführungsform mit elektromagnetischem Stellglied in schematischer Darstellung, und
3 einen Teil einer Ausführungsform in schematischer Darstellung, bei der die Nutzung eines seriellen Datenübertragungssystems wie zum Beispiel das CAN möglich ist.
In den folgenden Figuren sind jeweils gleiche oder entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, so dass auf eine erneute Vorstellung verzichtet wird und lediglich die Abweichungen der in diesen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel erläutert werden:
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 bedeutet Druckluftversorgungseinrichtung eine Einrichtung, die sowohl einen Kompressor 1, die Kompressorleitung 2 und den Eingangsstutzen 3 umfasst, als auch eine die diese Komponenten in einem des gemeinsamen Gehäuses 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 elektropneumatischem Druckregler 4 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 einstellbarem 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 Stellglied 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. Vorzugsweise wird diese Steuerleitung 10a schnell entlüftet. Hierdurch wird das pneumatische Stellglied 1a wieder in seine Ausgangslage bewegt und der Kompressor beginnt wieder zu fördern.
Die Entlüftung der Steuerleitung 10a geschieht bevorzugterweise über die Entlüftung des Vorsteuerventils 8 und/oder über die Zentralentlüftung 19.
2 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Druckversorgungseinrichtung, bei der anstelle des pneumatischen Stellgliedes 1a ein elektromagnetisches Stellglied 28 verwandt wird. Das elektromagnetische Stellglied wird über eine Leitung 27 an den elektrischen Anschluss 10b und einer elektrischen Leitung 26 mit der gemeinsamen Steuerelektronik verbunden. Bei Erreichen der jeweiligen Drücke in der zentralen Versorgungsbohrung 18 hinter dem Rückschlagventil 6 wird auf die elektrische bzw. elektronische Leitung 27 ein Signal aufgeschaltet, welches das elektromagnetische Stellglied 28 entweder aktiviert oder deaktiviert, je nachdem welcher Druck gemessen wurde. Hierdurch wird dann der Kompressor auf Fördern oder Nichtfördern geschaltet.
Sowohl in 2 und 1 ist ein Überströmventil 11 für die Luftfederung dargestellt, die von der zentralen Versorgungsbohrung 18 mit Druckluft versorgt werden und Druckluft den Anschlussstutzen 11a abgeben.
3 zeigt eine weitere Version der Ausführungsform von 2, wobei die elektronische Leitung 27 als CAN-Verbindungsleitung ausgeführt ist. Diese führt vom Anschluss 10b zu einem Steuergerät 30, das zusätzlich Funktionen steuern und/oder regeln kann. Hierbei ist beispielsweise an eine Dieseleinspritzung oder an Fahrzeugführungsfunktionen gedacht. Sofern das Steuergerät 30 den Befehl zur Aktivierung des elektromagnetischen Stellgliedes 28 erhält, wird die Leitung 31 mit Strom versorgt. Hierdurch wird das elektromagnetische Stellglied 28 aktiviert.

1: Energiesparkompressor
1a: pneumatisches Stellglied
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
10b: elektronischer oder elektrischer Anschluss
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
27: elektrische oder elektronische Steuerleitung
28: elektromagnetisches Stellglied
29: zusätzliches Steuergerät
30: Schaltleitung
31: elektrische Leitung
35: Drucksensor
36: Drucksensor
37: Drucksensor
38: Drucksensor

Claims

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 Regelelektronik (24) vorgesehen ist, die ein den Kompressor (1) schaltendes Schaltglied (1a, 28) wenigstens mittelbar steuert oder regelt, wobei die Versorgungsleitung (18) den Druckregler (4) mit dem Mehrkreisschutzventil (13–16) verbindet, wobei das Schaltglied (1a) den Kompressor (1) unmittelbar schaltet, wobei das Schaltglied (1a) ein pneumatisches Schaltglied ist, wobei der Druckregler (4) ein Magnetventil (23) umfasst, das ein pneumatisches Vorsteuerventil (7) umschaltet, wobei das pneumatische Vorsteuerventil (7) das Schaltglied (1a) unmittelbar steuert.
Druckluftversorgungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (1) ein Energiesparkompressor ist.
Druckluftversorgungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Drucksensor (12, 35–38) vorgesehen ist.
Druckluftversorgungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drucksensor (12) zum Messen des Drucks in der Verbindungsleitung (18) vorgesehen ist.
Druckluftversorgungseinrichtung nach Anspruch 4, 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.
Druckluftversorgungseinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in oder hinter jedem Kreis des Mehrkreisschutzventils (13–16) mittels Drucksensoren (38) messbar ist.
Verfahren zum Energiesparen bei Druckluftaufbereitungsanlagen, insbesondere bei Fahrzeug-Druckluftanlagen, mit folgenden Verfahrensschritten: – Messen eines in einer Verbindungsleitung (18), die zwischen einem Druckregler (4) und einem Mehrkreisschutzventil (13–16) angeordnet ist, herrschenden 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 Schaltglieds (1a, 28), das einen Kompressor (1) unmittelbar schaltet, derart, dass der Kompressor (1) bei Unterschreiten des oder der Schwellwerte Druckluft in die Druckluftversorgungseinrichtung fördert und bei Überschreiten des oder der Schwellwerte Druckluft nicht in die Druckluftversorgungseinrichtung fördert, wobei das Schalten zeitlich auf die Kolbenposition des Kompressors (1) abgestimmt ist.