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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Druckluftkompressor für
ein Nutzfahrzeug, mit einer Entlastungsschalteinrichtung zum Umschalten
des Druckluftkompressors zwischen einer Lastlaufphase und einer
Leerlaufphase.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zu Steuern eines Druckluftkompressors
für ein Nutzfahrzeug, mit einer Entlastungsschalteinrichtung
zum Umschalten des Druckluftkompressors zwischen einer Lastlaufphase
und einer Leerlaufphase.
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Für
Nutzfahrzeuge sind Druckluftversorgungseinrichtungen von zentraler
Bedeutung. Insbesondere das Bremssystem eines pneumatisch gebremsten
Nutzfahrzeugs benötigt Druckluft, ebenso wie zahlreiche
weitere Verbraucher, beispielsweise Luftfederungen oder Liftachseinrichtungen.
Die von der Druckluftversorgungseinrichtung aufzubereitende und
zu verteilende Druckluft wird von einem Kompressor geliefert, der
im Allgemeinen durch den Verbrennungsmotor des Nutzfahrzeugs angetrieben wird.
Ein diesbezüglich gängiges Konzept sieht vor, den
Kompressor über eine pneumatisch schaltbare Kupplung mit
dem Verbrennungsmotor zu koppeln, wobei die Druckluft für
die pneumatische Ansteuerung der Kupplung wiederum der Druckluftversorgungseinrichtung
entnommen wird. Ein Beispiel für eine derartige Einrichtung
ist in der
DE 39 23
882 C2 angegeben. Andere Konzepte, wir beispielsweise in der
EP 1 318 936 B1 offenbart,
sehen vor, dem Kompressor in einen Leerlaufzustand zu überführen.
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Die
Veränderbarkeit der Betriebszustände der Kupplung
kann vielseitig genutzt werden, beispielsweise im Hinblick auf die
Regenerationsphasen der Filtereinheit und den Energiehaushalt des
Nutzfahrzeugs.
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Im
Zusammenhang mit den energiesparenden Nichtförderphasen
des Kompressors zeigen verschiedene Realisierungen dieser Nichtförderphasen verschiedenen
Vorteile und Nachteile. So ist das Trennen einer dem Kompressor
zugeordneten Kupplung besonders energiesparend, da der Kompressor bei
getrennter Kupplung vollständig in einen Ruhezustand übergeht,
während dies bei Konzepten, die den Kompressor in einen
Leerlaufzustand überführen, nicht der Fall ist.
Auf der anderen Seite eignet sich ein Kompressor, der in einen Leerlaufzustand überführt
werden kann, besonders gut bei Fahrbedingungen, die ein häufiges
Umschalten zwischen Förderphase und Nichtförderphase
verlangen; ein mit einer Kupplung ausgestatteter Kompressor ist
diesbezüglich weniger geeignet, da die Kupplung verschleißanfällig
ist. Ferner ist bei vielen Systemen das Trennen der Kupplung mit
dem Öffnen eines Ablassventils gekoppelt. Folglich geht
ohne Gegenmaßnahmen bei jedem Umschalten zwischen Förderbetrieb
und Nichtförderbetrieb das in der Förderleitung
des Kompressors gespeicherte Druckluftvolumen verloren.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckluftkompressor
und ein Verfahren zum Steuern eines Druckluftkompressors zur Verfügung zu
stellen, so dass verbesserte Verhältnisse bei verschiedenen
Betriebsbedingungen des Nutzfahrzeugs zu erwarten sind.
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Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche
gelöst.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen angegeben.
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Die
Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Druckluftkompressor
dadurch auf, dass der Druckluftkompressor eine schaltbare Kupplung
aufweist, die den Druckluftkompressor mit einem Antrieb verbindet
oder von dem Antrieb trennt. Der erfindungsgemäße
Druckluftkompressor ist somit in unterschiedlicher Weise zwischen
der Förderphase und der Nichtförderphase umschaltbar.
Zum einen kann dies mittels einer Entlastungsschaltungseinrichtung erfolgen,
die den Kompressor zwischen einer Lastlaufphase und einer Leerlaufphase
umschaltet. Zum anderen kann auch ein Trennen einer Kompressorkupplung
stattfinden. Welche Art der Umschaltung zwischen Förderphase
und Nichtförderphase vorgenommen wird, kann von verschiedenen
Bedingungen abhängig gemacht werden, beispielsweise von
den Betriebszuständen des Kraftfahrzeugs. Außerdem
ist der erfindungsgemäße Druckluftkompressor im
Zusammenhang mit einer vergrößerten Zahl von Druckluftversorgungsanlagen
einsetzbar, nämlich sowohl bei solchen, die für
das Umschalten einer Entlastungsschalteinrichtung vorgesehen sind,
als auch bei solchen, die für das Umschalten einer Kupplung
ausgelegt sind. Ferner bieten die beiden verschiedenen Umschaltmöglichkeiten
eine erhöhte Sicherheit: Ist eine der Umschaltmöglichkeiten
defekt oder nur eingeschränkt einsetzbar kann dies durch
die andere Umschaltmöglichkeit zumindest teilweise ausgeglichen
werden. Die Erfindung ist beispielsweise so realisierbar, dass die
Kupplung pneumatisch schaltbar ist.
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Es
ist auch denkbar, dass die Kupplung hydraulisch schaltbar ist.
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Ebenfalls
ist es möglich, dass die Kupplung elektrisch schaltbar
ist.
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Des
Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Entlastungsschalteinrichtung
pneumatisch schaltbar ist.
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Ebenfalls
kann von Vorteil sein, dass die Entlastungsschalteinrichtung elektrisch
schaltbar ist.
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In
allen Fällen, die im Hinblick auf die Schaltbarkeit des
Kompressors erwähnt wurden, kann vorgesehen sein, dass
die Signale zum Schalten der Kupplung von einer Druckluftaufbereitungsanlage geliefert
werden. Die Signale können von einer solchen Druckluftaufbereitungsanlage
als pneumatische Signale oder von der elektrischen Steuereinheit der
Druckluftaufbereitungsanlage als elektrische Signale geliefert werden.
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Vergleichbare
Vorteile gelten im Zusammenhang damit, dass die Signale zum Schalten
der Entlastungsschalteinrichtung von einer Druckluftaufbereitungsanlage
geliefert werden.
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Die
Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Verfahren
dadurch auf, dass ein erster Steuermodus vorgesehen ist, in dem
der Druckluftkompressor wahlweise zwischen der Lastlaufphase und
der Leerlaufphase umgeschaltet wird und dass ein zweiter Steuermodus
vorgesehen ist, bei dem eine schaltbare Kupplung den Druckluftkompressor
wahlweise mit einem Antrieb verbindet oder von dem Antrieb trennt.
Die verschiedenen Steuermodi werden nützlicherweise von
den aktuellen Randbedingungen abhängig gemacht, beispielsweise
den Fahrbedingungen, dem Druckluftbedarf und dem Regenerationsbedarf
der Druckluftversorgungseinrichtung.
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Beispielsweise
kann vorgesehen sein, dass der erste Steuermodus bei häufig
wechselnden Fahrzeuggeschwindigkeiten und der zweite Steuermodus bei
selten wechselnden Fahrzeuggeschwindigkeiten gewählt wird.
Der Steuermodus unter Betätigung der Entlastungsschaltungseinrichtung
eignet sich besonders gut, wenn mit einem häufigen Umschalten
zwischen Förderphase und Nichtförderphase zu rechnen
ist. Der Kupplungsbetrieb ist zu bevorzugen, wenn selten geschaltet
werden muss.
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Beispielsweise
kann vorgesehen sein, dass der zweite Steuermodus gewählt
wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit über einen vorgegebenen Mindestzeitraum
oberhalb einer vorgegebenen Mindestgeschwindigkeit liegt, und in
den ersten Steuermodus übergegangen wird, wenn die Mindestgeschwindigkeit
unterschritten wird. Liegt die Fahrzeuggeschwindigkeit über
einen vorgeschriebenen Mindestzeitraum oberhalb einer vorgegebenen
Mindestgeschwindigkeit, so ist mit großer Wahrscheinlichkeit davon
auszugehen, dass das Nutzfahrzeug eine längere Strecke
zurücklegt, sich beispielsweise auf einer Autobahn fortbewegt.
Während dieser Fahrzustände ist der Druckluftverbrauch
gering. Folglich kann sich der Kompressor über lange Zeiträume
in der Nichtförderphase befinden. Indem diese Nichtförderphase
durch das Trennen der Kupplung realisiert wird, entfällt
der Energieverbrauch, der im ersten Steuermodus durch das Aufrechterhalten
des Kompressorleerlaufs stattfinden würde.
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Beispielsweise
kann vorgesehen sein, dass der Mindestzeitraum zwischen 30 und 120
Sekunden beträgt.
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Besonders
bevorzugt ist es, dass der Mindestzeitraum zwischen 50 und 70 Sekunden
beträgt.
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Des
Weiteren ist von Vorteil, dass die Mindestgeschwindigkeit zwischen
60 und 100 Kilometer pro Stunde beträgt.
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Ebenfalls
kann vorgesehen sein, dass die Mindestgeschwindigkeit zwischen 70
und 90 Kilometer pro Stunde beträgt.
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Es
ist auch denkbar, dass der erste oder der zweite Steuermodus aktiv
vom Fahrer des Nutzfahrzeugs gewählt werden. Ist der Fahrer
des Fahrzeugs gut mit dessen Funktion vertraut, so kann ihm zugemutet
werden, den Steuermodus selbst vorzuwählen. Beispielsweise
können an einem Wählhebel im Führerhaus
die Wahlmöglichkeiten "Stadtverkehr" und "Fernfahrt" vermerkt
sein, so dass der Fahrer auch intuitiv den richtigen Steuermodus
für den Kompressor wählt.
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Eine
andere Möglichkeit besteht darin, dass der erste oder der
zweite Steuermodus in Abhängigkeit von von einem Navigationssystem
zur Verfügung gestellten Daten gewählt werden. Über
das Navigationssystem ist bekannt, ob eine Stadtfahrt gerade durchgeführt
wird oder bald anstehen könnte, so dass in sehr zuverlässiger
Weise der geeignetste Steuermodus eingestellt werden kann.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin ein Nutzfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen
Druckluftkompressor.
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Die
Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand
bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Druckluftversorgungseinrichtung mit
einem erfindungsgemäßen Druckluftkompressor und
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2 ein
Flussdiagramm zur Erläuterung eines Erfindungsgemäßen
Verfahrens.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer Druckluftversorgungseinrichtung
mit einem erfindungsgemäßen Druckluftkompressor.
Der Druckluftkompressor 10 umfasst eine Kupplung 14 und
ein Kompressorgehäuse 18, in dem unter anderem
Mittel zur Drucklufterzeugung, beispielsweise ein Stator und ein
Rotor vorgesehen sind. Die Kupplung 14 kann auch in das
Kompressorgehäuse 18 integriert sein. An dem Kompressorgehäuse 18 sind
ein Lufteingang 20 und ein Luftausgang 22 vorgesehen. über den
Lufteingang 20 tritt zu komprimierende Luft ein. Aus dem
Luftausgang 22 tritt Druckluft aus, die über eine
Förderleitung 24 mit Rückschlagventil 26 nicht dargestellten
Druckluftverbrauchern zugeführt werden kann. Die Kupplung 14 hat
einen pneumatischen Steuereingang 28. Indem der pneumatische
Steuereingang 28 mit Druck beaufschlagt wird, wird die Kupplung 14 getrennt,
so dass der Kompressor 10 nicht mehr mit dem Antrieb 16 in
Verbindung steht. Weiterhin hat der Kompressor 10 einen
pneumatischen Steuereingang 12, über den eine
Entlastungsschalteinrichtung 16 betätigbar ist.
Indem der pneumatische Steuereingang 12 mit Druckluft beaufschlagt
wird, wird der Kompressor 10 in seinen Leerlaufbetrieb
umgeschaltet. Die Steuerluft zum Umschalten der Kupplung 14 wird
von einem Ventil 30 zur Verfügung gestellt, das
der Förderleitung beziehungsweise den verbraucherseitig
angeordneten Druckluftbehältern Luft entnehmen kann, um
diese dem Steuereingang 18 zuzuführen. Vergleichbar
wird dem Steuereingang 12 ein Steuerdruck mittels einer Ventileinrichtung 32 zugeführt.
Die Ventileinrichtungen 30, 32 zum Zuführen
von Steuerluft zu den Steuereingängen 28, 12 werden
von einer elektronischen Steuereinheit 34 angesteuert.
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Auf
der Grundlage eines in der beschriebenen Weise ausgestatteten Kompressors
ist es möglich, zwischen Nichtförderbetrieb und
Förderbetrieb des Kompressors 10 wahlweise mittels
Umschalten der Kupplung 14 oder durch Umschalten der Entlastungsschaltungseinrichtung 16 zu
wechseln.
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Der
erfindungsgemäße Druckluftkompressor 10 wurde
anhand von 1 mit pneumatischen Steuereingängen 12, 28 beschrieben.
Ebenfalls ist es möglich, den einen oder anderen Steuereingang 12, 28 elektrisch
auszuführen. In diesem Fall erfolgt die Ansteuerung direkt
durch die Steuereinheit 34. Die Ventile 30, 32 zur
Ansteuerung der pneumatischen Steuereingänge 28, 12 wurden
als elektrisch ansteuerbare Ventile dargestellt. Ebenfalls ist möglich,
das eine oder andere Ventil 30, 32 pneumatisch, insbesondere
unter Zuhilfenahme einer Vorsteuerung, auszuführen. Weiterhin
können die Steuereingänge 12, 28 auch
als hydraulische Steuereingänge ausgelegt sein.
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2 zeigt
ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Erfindungsgemäßen
Verfahrens. Es ist ein Ausschnitt aus dem Betrieb des erfindungsgemäßen
Druckluftkompressors ausgehend von einem Zustand dargestellt, bei
dem die Kompressorsteuerung über die Entlastungsschalteinrichtung
stattfindet (Schritt S100). Ausgehend hiervon wird in Schritt S102
geprüft, ob ein Fahrbetrieb im Stadtverkehr stattfindet.
Dies kann über eine Geschwindigkeitsüberprüfung
unter Berücksichtigung eines Zeitintervalls, die aktive
Beeinflussung des Fahrers und/oder die Berücksichtung von
Daten eines Navigationssystems erfolgen. Wird in Schritt S102 festgestellt,
dass ein Fahrbetrieb im Stadtverkehr vorliegt, so wird die Kompressorsteuerung
gemäß Schritt S100 weiterhin über die
Entlastungsschalteinrichtung vorgenommen. Wird in Schritt S102 jedoch
festgestellt, dass kein Fahrbetrieb im Stadtverkehr vorliegt, sondern insbesondere
eine Fernfahrt, so wird gemäß Schritt S104 nachfolgend
eine Kompressorsteuerung mittels der schaltbaren Kupplung vorgenommen.
Im Anschluss an den Schritt S104 wird wiederum in Schritt S102 geprüft,
welche Art des Fahrbetriebs vorliegt.
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Die
in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den
Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können
sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die
Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
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- 10
- Druckluftkompressor
- 12
- Steuereingang
- 14
- Kompressor
- 16
- Entlastungsschaltungseinrichtung
- 18
- Kompressorgehäuse
- 20
- Lufteingang
- 22
- Luftausgang
- 24
- Förderleitung
- 26
- Rückschlagventil
- 28
- Steuereingang
- 30
- Ventil
- 32
- Ventil
- 34
- Ventileinrichtung
- 36
- Elektronische
Steuereinheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 3923882
C2 [0003]
- - EP 1318936 B1 [0003]