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Die
Erfindung betrifft eine Druckluftversorgungseinrichtung zur Steuerung
der Regeneration eines Luftfilters, mit einem Drucklufteingang zum
Anschluss eines Kompressors, einem Luftfilter zur Aufbereitung von
Druckluft für
Verbraucher, einem Ablassventil zur Entlüftung einer Eingangsseite des Luftfilters
in einem Regenerationsbetrieb der Druckluftversorgungseinrichtung
und einer Ventileinrichtung, die eine Rückströmung von Druckluft in einer Förderleitung
verhindert.
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Derartige
Druckluftversorgungseinrichtungen stellen die von Druckluftverbrauchern
in Nutzfahrzeugen benötigte
aufbereitete Druckluft bereit. Klassische Druckluftverbraucher sind
zum Beispiel ein pneumatisches Bremssystem und eine Luftfederung.
Eine wichtige Aufgabe der Druckluftversorgungseinrichtung ist die
Aufbereitung der von einem Kompressor zugeführten Druckluft. Dies ist notwendig,
da die von dem Kompressor erzeugte Druckluft Feuchtigkeit, Öl und seine
Zersetzungsprodukte, sowie weitere Fremdpartikel enthält. Diese
Fremdstoffe müssen
von der Druckluft in einem Luftfilter getrennt werden, da sie sonst
die Funktionsfähigkeit
und Lebensdauer angeschlossener Verbraucher herabsetzen. Zu diesem
Zweck enthält
der Luftfilter unter anderem ein Trocknungsmittel, das der von dem
Kompressor erzeugten Druckluft die enthaltene Feuchtigkeit entzieht.
Andere wichtige Aufgaben der Druckluftversorgungseinrichtung bestehen
in der Regelung des von dem Kompressor bereitgestellten Drucks und
der Regeneration des Luftfilters mittels Rückströmung von gereinigter Druckluft.
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Moderne
Nutzfahrzeuge entwickeln einen wachsenden Bedarf an Druckluft, da
eine steigende Anzahl von Druckluftverbrauchern, wie Abgasreinigungssysteme
etc., in das Nutzfahrzeug integriert wird. Gleichzeitig sollen die
Abmessungen der verbauten Komponenten möglichst gering gehalten werden,
was zu einer Verkleinerung einzelner Bauelemente, wie zum Beispiel
Ventilen und Vorratsbehältern,
führt.
Des Weiteren steigt die benötigte
Druckhöhe
infolge der kleiner werdenden Aktuatoren immer weiter an. Um den
Druckbedarf und den Druckluftbedarf der Verbraucher zu befriedigen,
werden Hochleistungs- beziehungsweise Hochdruckkompressoren mit
zunehmendem Übersetzungsverhältnis, das
heißt
steigender Umdrehungszahl, in das Nutzfahrzeug integriert. Zusammen
mit einer intelligenten Kompressoransteuerung mit Boosterventil, die
die Regeneration und das ESS ansteuert, bildet der Hochdruckkompressor
ein Druckluftversorgungssystem für
Hochdruckanlagen in einem Nutzfahrzeuge, wobei der Hochdruckkompressor
eigens dafür ausgelegt
ist, Förderdrücke bzw.
Abschaltdrücke
bis 16 bar aushalten zu können
und dabei nicht zu überhitzen.
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Die
im Folgenden der Einfachheit halber als Kompressoren bezeichneten
Hochleistungs- beziehungsweise Hochdruckkompressoren stellen einen erhöhten Förderdruck
bereit und benötigen
deshalb zur Entlastung größere Schließkräfte für das Schadraumventil,
da der Kolben des Schadraumventils nicht entgegen der verdichtenden
Kolbenbewegung schließt,
weshalb der steigende Verdichtungsdruck den Schaltkolben aufstoßen will.
Deshalb muss die Feder, die den Schadraumkolben hält, während er den
Schadraum des Kompressors in einer Förderphase verschließt, immer
größer dimensioniert
werden. Die geforderte Schaltleistung zur Entlastung des Kompressors
steigt also an. Weiterhin erzeugen die Kompressoren mehr Abwärme im Zylinderbereich, weshalb
zusätzlich
zum Zylinderkopf auch die Zylinderwände gekühlt werden. Dabei wird das
Motorkühlwasser
der Dieselmaschine entnommen, fliest durch den Wassereinlassstutzen
am Kompressor und danach parallel durch den Zylinderkopf und um
die Zylinderlaufwand zum Wasserauslassstutzen des Kompressors. Der
Kühlwasserdurchfluss
ist bei einigen Kompressoren seriell organisiert. Dabei ist eine
Fliesstopwand im Zylinderkopf oder in der Lauf wandkühlung derart
eingezogen, dass das Wasser auf einen seriellen Durchströmweg von
Zylinderkopf und Zylinderlaufwand gezwungen wird. Die serielle Anordnung
kann auch in umgekehrter Reihenfolge stattfinden. In dem Zylinderkopf
und der Zylinderlaufwand sind Strömungswiderstände in Form
von Rippen oder Noppen derart angeordnet, dass das Wasser turbulent
durch die Kanäle
strömt
und der Wärmeübergang
verbessert wird. Mit jedem Arbeitstaktzyklus des Kompressors öffnet und
schließt
das Lufteinlass- und das Luftauslassventil des Kompressors beim
Ladungswechsel. Üblicherweise
werden hubbegrenzte Lamellenventile als Luftein- und Luftauslassventile verwendet.
Wird der Kompressor nun durch Schalten des Schadraumventils entlastet,
so treten bei noch nicht vollständiger Öffnung des
Schadraumventils und gleichzeitiger Komprimierung oder Expansion der
Luft unerwünschte
Resonanzen auf, die die Lufteinlass- und Luftauslassventile stark
beanspruchen. Die Lamellen der Luftein- und Luftauslassventile beginnen
zu schwingen, was mit zusätzlichen
Lastwechseln für
die Membranventile gleichzusetzen ist. Daher sind bei erhöhter Drehzahl
geringere Schaltzeiten für
das Schadraumventil notwendig, um einen vorzeitigen Defekt der Lufteinlass-
und Luftauslassventile des Kompressors zu vermeiden. Typische Drehzahlen
für Kompressoren
liegen im Bereich von 2400 U/min, woraus sich vertretbare Schaltzeiten von
etwa 0.3 s für
das Schadraumventil ergeben. Auch die sinkenden verfügbaren Schaltzeiten
für das Schadraumventil
lassen die geforderte Schaltleistung ansteigen.
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Ferner
sind nur geringe Leerlaufzeiten des Kompressors möglich, da
ein hoher Luftverbrauch und ein geringes Anlagenvolumen durch die
Verkleinerung der Systemkomponenten zusammenwirken. Damit ist die
Zeit für
den Regenerationszyklus des Luftfilters stark eingeschränkt.
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Gleichzeitig
soll aus Effizienzgründen
nicht in jeder Leerlaufphase des Kompressors ein Regenerationszyklus
eingeleitet werden. Beispielsweise kann die Menge der gereinigten
Luft überwacht
werden und eine Regeneration erfolgen, wenn eine bestimmte Luftmenge
durch den Luftfilter geströmt
ist. Bei diesem Verfahren ist die Luftmenge, die während eines einzelnen
Regenerationszyklus benötigt
wird, sehr groß.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Druckluftversorgungseinrichtung
bereitzustellen, die mit kurzen Regenerationszyklen auskommt und
weiterhin in einfacher Weise die erhöhten Anforderungen zur Entlastung
eines Kompressors erfüllt.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den abhängigen
Ansprüchen.
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Die
Erfindung baut auf der gattungsgemäßen Druckluftversorgungseinrichtung
dadurch auf, dass ein pneumatisch ansteuerbares Ventil und ein Schaltventil
zum Zwecke des Regenerationsbetriebs der Druckluftversorgungseinrichtung
vorgesehen sind, wobei das pneumatisch ansteuerbare Ventil von dem
Schaltventil mit Druckluft angesteuert ist, dass das pneumatisch
ansteuerbare Ventil einen ersten Anschluss aufweist, an den eine
Schaltleitung gekoppelt ist, die über einen Steuereingang des
Kompressors den Kompressor pneumatisch ansteuert und entlastet,
wobei gleichzeitig eine Verbindung zwischen einem ersten auf der
Schaltleitung angeordneten Schaltungsknoten und einem auf der Förderleitung
zwischen Luftfilter und Ventileinrichtung angeordneten zweiten Schaltungsknoten
besteht, und dass das pneumatisch ansteuerbare Ventil einen zweiten
Anschluss aufweist, der mit einem auf der Förderleitung im Förderbetrieb
des Kompressors stromabwärts
der Ventileinrichtung liegenden dritten Schaltungsknoten gekoppelt
ist. Herkömmliche Druckluftversorgungseinrichtungen
verwenden ein einfaches Magnetventil, durch welches die Druckluft zum
Zwecke der Regeneration hindurchgeleitet wird und welches außerhalb
der Regenerationszyklen eine Rückströmung von
Druckluft verhindert. Da die Regenerationszyklen aufgrund der geringen
Leerlaufphasen des Kompressors jedoch sehr kurz bemessen sind, müsste das
Magnetventil sowohl bezüglich
der Schaltleistung als auch der baulichen Abmessungen vergrößert werden,
um den benötigten Durchsatz
zu erreichen. Weiterhin wird üblicherweise ein
Magnetventil verwendet, um den Schadraum des Kompressors zu belüften. Durch
den erhöhten
Förderdruck
des Kompressors muss das Schadraumventil eine größere Schließkraft aufweisen, was beispielsweise
durch eine härtere
Schließfeder
realisiert werden kann. Kritisch ist nun die Schaltzeit des Schadraumventils.
Solange das Schadraumventil noch nicht vollständig zwischen dem belasteten
und entlasteten Zustand des Kompressors geschaltet hat, können durch
unvorteilhafte Luftströmungen
Resonanzen entstehen, die die Ein- und Auslassventile des Kompressors
stark belasten und zu einer verringerten Lebensdauer führen. Daher
ist für
das Schadraumventil eine möglichst
geringe Schaltzeit erwünscht,
die jedoch mit einer elektrischen Ansteuerung nicht ohne weiteres
erreicht werden kann. Diese Problematik wird dadurch gelöst, dass
das Schadraumventil pneumatisch angesteuert wird. Dies ist im Zusammenhang
mit dem zur Regeneration notwendigen hohen Druckluftdurchsatz vorteilhaft,
der ohne weiteres als Steuersignal für die Kompressorentlastung
herangezogen werden kann. Das pneumatisch ansteuerbare Ventil fungiert
insofern sowohl als Boost-Ventil als auch als Ansteuerventil für das Schadraumventil.
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Nützlicherweise
ist vorgesehen, dass das Schaltventil ein elektrisch ansteuerbares
Magnetventil ist. Elektrisch ansteuerbare Magnetventile werden oft
in Druckluftversorgungseinrichtungen eingesetzt, wobei insbesondere
die Verwendung zur Steuerung der Regenerationszyklen des Luftfilters üblich ist. Das
Design gattungsgemäßer Druckluftversorgungseinrichtungen
muss daher nur geringfügig
geändert werden,
um die Vorteile der erfindungsgemäßen Druckluftversorgungseinrichtung
zu erreichen.
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Vorteilhafterweise
ist vorgesehen, dass das Schaltventil ein 3/2-Wegeventil ist. Durch
Verwendung eines 3/2-Wegeventils können die notwendigen Funktionen
des Be- und Entlüftens
des pneumatischen Steuereingangs des pneumatisch ansteuerbaren Ventils
erfüllt
werden.
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Nützlicherweise
ist vorgesehen, dass das pneumatisch ansteuerbare Ventil ein 2/2-Wegeventil ist, und
dass in der Schaltleitung ein Entlüftungsventil vorgesehen ist.
Das pneumatisch ansteuerbare Ventil ist dadurch in der Lage, die
Steuerleitung des Kompressors zu belüften und gleichzeitig Druckluft
zur Regeneration des Luftfilters bereitzustellen. Weiterhin kann
die Steuerleitung des Kompressors außerhalb eines Regenerationszyklus
entlüftet
werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist nützlicherweise
vorgesehen, dass das pneumatisch ansteuerbare Ventil ein 3/2-Wegeventil
ist, dass über den
dritten Anschluss des pneumatisch ansteuerbaren Ventils die Schaltleitung
in einem Zustand entlüftet
ist, und dass in der Verbindung zwischen dem ersten auf der Schaltleitung
angeordneten Schaltungsknoten und dem zwischen Luftfilter und der
Ventileinrichtung angeordneten zweiten Schaltungsknoten eine weitere
Ventileinrichtung vorgesehen ist, die die Strömung von Luft aus der Förderleitung
in die Schaltleitung unterbindet. In dieser Ausführungsform kann das separate
Entlüftungsventil
für die
Steuerleitung entfallen, da diese Funktion von dem dritten Anschluss
des pneumatisch ansteuerbaren Ventils übernommen werden kann. Dadurch
wird jedoch eine Ventileinrichtung in der Verbindung zwischen Förderleitung
und Steuerleitung notwendig, die ein Entweichen von Druckluft außerhalb
eines Regenerationszyklus unterbindet.
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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
erste Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Druckluftaufbereitungsanlage;
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2 eine
zweite Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Druckluftaufbereitungsanlage;
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3 eine
vereinfachte schematische Darstellung eines Kompressors mit pneumatischem Schadraumventil;
und
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4 eine
vereinfachte schematische Darstellung eines 2-Zylinderkompressors mit pneumatischen
Schadraumventilen.
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Bei
der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen bezeichnen gleiche
Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.
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1 zeigt
eine erste Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Druckluftversorgungseinrichtung 16.
Sie umfasst im Wesentlichen ein elektronisches Steuergerät (ECU)
(20), einen Luftfilter 30, ein elektro-pneumatisch
vorsteuerbares Ablassventil 80, eine Ventileinrichtung 70,
ein Schaltventil 50, ein Entlüftungsventil 44 und
ein pneumatisch ansteuerbares Ventil 60. Die Eingangsseite
der Druckluftversorgungseinrichtung ist mit einem Kompressor 10 verbunden,
der die Druckluft bereitstellt und über einen Steuereingang 14 von
der Druckluftversorgungseinrichtung 16 entlastet werden
kann. Die Druckluftversorgungseinrichtung 16 umfasst weiterhin
eine Anschluss 90 für
den CAN-Bus und einen Anschluss 92 an das Kupplungsgasschaltventil,
um den Kompressorantrieb außer
Kraft setzen zu können.
Die Ausgangsseite der Druckluftversorgungseinrichtung 16 kann
beispielsweise mit einer Mehrkreisschutzeinrichtung 100 verbunden
sein, die einzelne Verbraucherkreise des Nutzfahrzeugs gegeneinander absichert
und die Druckluft auf die einzelnen Verbraucherkreise verteilt.
Der direkte Anschluss eines einzelnen Verbrauchers ist jedoch auch
möglich.
Die vereinfacht dargestellte Mehrkreisschutzeinrichtung 100 umfasst
ein Rückschlagventil 110,
ein 2/2-Wegeventil 120, einen Vorratsbehälter für Druckluft 130, sowie
Anschlüsse
für eine
Luftfederung 140 und einen ersten und einen zweiten Betriebsbremskreis (150, 160).
Weitere Bestandteile, wie z. B. Überströmventile
etc., die der Fachmann üblicherweise
in einer Mehrkreisschutzeinrichtung 100 verwenden würde, wurden
zur Vereinfachung der Darstellung ausgelassen. Üblicherweise wird die Luftfederung
einen höheren
Arbeitsdruck verlangen als die sonstigen Verbraucherkreise, weshalb
das Rückschlagventil 110 in
der Mehrkreisschutzeinrichtung 100 vorgesehen ist, um ein
Rückströmen der
Luft im Hochdruckbetrieb aus der Luftfederung zu verhindern.
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Der
Kompressor 10 saugt nicht komprimierte Luft durch einen
Lufteingang 12 an, komprimiert sie und befördert sie über eine
Förderleitung 32 zu
einem Luftfilter 30. Die komprimierte Luft wird in dem Luftfilter 30 aufbereitet
und kann die Ventileinrichtung 70 in Richtung auf den Schaltungsknoten 40 ungehindert
passieren. Die Ventileinrichtung 70 verhindert eine Rückströmung von
Druckluft in der Förderleitung 32 und
kann zum Beispiel als einfaches Rückschlagventil ausgebildet
sein. Anschließend
kann die gereinigte Druckluft über
die Mehrkreisschutzeinrichtung 100 an die verschiedenen
Verbraucherkreise verteilt werden oder in dem Vorratsbehälter 130 gespeichert
werden. Ist nun ein Regenerationszyklus für den Luftfilter 30 notwendig,
so kann das elektronische Steuergerät 20 das elektrisch
ansteuerbare Schaltventil 50 ansteuern und in seinen nicht
dargestellten zweiten Schaltzustand überführen. Dadurch werden sowohl
das pneumatisch ansteuerbare Ventil 60 als auch das Entlüftungsventil 44 mit
Druck beaufschlagt und beide werden in ihren nicht dargestellten zweiten
Schaltzustand überführt. In
diesem Zustand kann Druckluft über
die Schaltleitung 42 und den Steuereingang 14 das
pneumatische Schadraumventil 200 schalten und damit den
Kompressor 10 entlasten. Durch die Verwendung des pneumatisch ansteuerbaren
Ventils 60 kann in sehr kurzer Zeit ein ausreichender Druck
zur Entlastung des Kompressors 10 bereitgestellt werden,
um die gewünschten schnellen
Schaltzeiten zu erreichen. Das pneumatisch ansteuerbare Ventil 60 arbeitet
quasi als Booster. Die Ansteuerung des Entlüftungsventils 44 kann auch
auf andere Art geschehen. Denkbar ist beispielsweise eine direkte
Ansteuerung durch das elektronische Steuergerät 20. In diesem Zustand
ist die Druckluftversorgungseinrichtung 16 in einem energiesparenden
Zustand, da der Kompressor 10 entlastet ist und keine Druckluft über das
Ablassventil 80 entweicht. Ist das Druckniveau in den einzelnen
an die Mehrkreisschutzeinrichtung 100 angeschlossenen Verbrauchern
ausreichend, was das elektronische Steuergerät 20 üblicherweise
durch Drucksensoren detektieren kann, so wird das elektronische Steuergerät 20 die
Druckluftversorgungseinrichtung 16 in diesen energiesparenden
Zustand versetzen. Der Bedarf der Verbraucher an Druckluft kann
aus dem Vorratsbehälter 130 gedeckt
werden.
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Wenn
das elektronische Steuergerät 20 zusätzlich das
elektro-pneumatisch vorsteuerbare Ablassventil 80 schaltet,
wird die Förderleitung 32 der Druckluftversorgungseinrichtung 16 entlüftet und
dadurch der Regenerationszyklus eingeleitet. Die zur Regeneration
des Luftfilters 30 benötigte
Druckluft kann dem Vorratsbehälter 130 im
Bereich der Mehrkreisschutzeinrichtung 100 entnommen werden. Ausgehend
von der Mehrkreisschutzeinrichtung 100 strömt die Druckluft über den
Schaltungsknoten 40 unter Umgehung der Ventileinrichtung 70 durch
das pneumatisch ansteuerbare Ventil 60, die Schaltungsknoten 36 und 38,
den Luftfilter 30 und entweicht beladen mit Feuchtigkeit
und Schmutzpartikeln über das
Ablassventil 80. Liegt der an der Mehrkreisschutzeinrichtung 100 anliegende
Druck unter einem einstellbaren Schwellenwert, so schließt das pneumatisch
ansteuerbare Ventil 60 sowie das Entlüftungsventil 44, da
beide Ventile über
das Schaltventil 50 mit Druck von der Mehrkreisschutzeinrichtung 100 beaufschlagt
sind. Eine vollständige
Entlüftung
der Mehrkreisschutzeinrichtung 100 beziehungsweise daran
angeschlossener Verbraucher kann somit sicher verhindert werden.
Es ist auch denkbar, das Druckniveau der Verbraucher durch das elektronische
Steuergerät
mittels üblicherweise
vorhandener Drucksensoren 94, 96 zu überwachen
und den Regenerationszyklus zu unterbrechen, falls einer der Verbraucher,
beispielsweise die Bremsanlage 150, 160 oder die
Luftfederung 140, zusätzliche
Druckluft benötigt.
Weiterhin sollte beachtet werden, dass das Ablassventil 80 in
stromlosem Zustand geschlossen ist und gleichzeitig die Funktion
eines Sicherheitsventils wahrnimmt, die die Druckluftversorgungseinrichtung 16 vor
einem Überdruck
in der Förderleitung 32 bewahrt.
Die Versorgung des Schaltventils 50 und des pneumatisch
ansteuerbaren Ventils 60 mit Druckluft erfolgt in 1 über den
Schaltungskonten 40 bzw. vor der Mehrkreisschutzeinrichtung 100.
Die genauen Anschlusspunkte sind jedoch nicht relevant, sollten
aber nach dem Rückschlagventil 70 liegen. Insbesondere
ist denkbar, die Druckversorgung der Ventile 50 und 60 über Anschlüsse an einen
oder mehrere nachgeordnete Verbraucherkreise 130, 140, 150 und 160 zu
realisieren. Beispielsweise kann die Versorgung aus den Betriebsbremsbehältern der Kreise 150 und 160 erfolgen,
wobei die Anschlüsse dann
vorteilhafterweise redundant über
ein Wechselventil erfolgen.
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2 zeigt
eine zweite Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Druckluftversorgungseinrichtung 16.
Die hier dargestellte Druckluftversorgungseinrichtung 16 unterscheidet
sich im Wesentlichen von der in 1 dargestellten
Ausführungsform durch
die Verwendung eines 3/2-Wegeventils als pneumatisch ansteuerbares
Ventil 62 und dem Wegfall eines separaten Entlüftungsventils 44.
Durch die Verwendung des 3/2-Wegeventils wird jedoch eine Ventileinrichtung 72 in
der Verbindungsleitung 46 zwischen den Schaltungsknoten 36 und 38 notwendig,
die ein Überströmen von
Druckluft aus der Förderleitung 32 in
die Steuerleitung 42 unterbindet. Die Ventileinrichtung 72 kann
beispielsweise in einfacher Weise als ein Rückschlagventil ausgebildet
sein.
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Befindet
sich der Kompressor 10 in einer Förderphase, so verhält sich
die Druckluftversorgungseinrichtung 16 wie bei der ersten
Ausführungsform
beschrieben. Auch das Einleiten eines Regenerationszyklus geschieht
analog durch das elektrische Ansteuern des Schaltventils 50 durch
das elektronische Steuergerät 20.
Dadurch wird der Steuereingang des pneumatisch ansteuerbaren Ventils 62 mit Druckluft
von der Mehrkreisschutzeinrichtung 100 beaufschlagt. Durch
Schalten des pneumatisch ansteuerbaren Ventils 62 wird
die Steuerleitung 42 belüftet und der Kompressor 10 über den
Steuereingang 14 entlastet. Gleichzeitig schaltet das elektronische
Steuergerät 20 das
Ablassventil 80, wodurch die Förderleitung 32 entlüftet wird.
Die zur Regeneration des Luftfilters 30 notwendige Druckluft
kann nun aus dem Vorratsbehälter 130 der
Mehrkreisschutzeinrichtung 100 über den Schaltungsknoten 40 unter Umgehung
der Ventileinrichtung 70 über das pneumatisch ansteuerbare
Ventil 62, den Schaltungsknoten 36, die Ventileinrichtung 72 und
den Schaltungsknoten 38 durch den Luftfilter strömen. Analog
zur ersten Ausführungsform
ist eine vollständige
Entlüftung
der Mehrkreisschutzeinrichtung 100 durch die pneumatische
Ansteue rung des pneumatisch ansteuerbaren Ventils 62 sicher
verhindert. Ist der Regenerationszyklus beendet, so schaltet das
elektronische Steuergerät 20 sowohl
das elektro-pneumatisch vorsteuerbare Ablassventil 80 als
auch das Schaltventil 50. Als Folge wird das pneumatisch
ansteuerbare Ventil 62 ebenfalls geschaltet, wodurch die Steuerleitung 42 entlüftet wird,
was den Kompressor in eine Förderphase
schaltet.
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3 zeigt
eine vereinfachte schematische Darstellung eines Kompressors 10 mit
pneumatischem Schadraumventil 200. Ein typisches Schadraumventil 200 für einen
Kompressor ist ein 2/2-Wegekolben, der metallisch auf einer Ventilplatte
abdichtet, wobei diese Ventilplatte gleichzeitig auch als Träger für Luftein-
und Luftauslassventile dient. Die dargestellten Teile des Kompressors 10 umfassen
einen Arbeitsraum 240, einen Kolben 300 mit Pleuelstange,
einen Zylinderkopf 310, einen Schadraum 260, ein
Schadraumventil 200, das einen Schadraumkolben 250,
einen Schaltraum 272 und eine Feder 270 umfasst,
einen Lufteingang 12 mit einem Lufteinlassventil 222,
die jeweils als Membranventile ausgeführt sind und eine Membran 230, 220,
eine Ventilplatte 214 und eine Hubbegrenzung 218, 228 umfassen,
sowie eine Förderleitung 32 mit
einem Luftauslassventil 212 und einen Steuereingang 14 zur
Entlastung des Kompressors 10. Der Schaltraum 272 wird
durch nicht dargestellte Dichtungen, zum Beispiel O-Ringe, abgedichtet,
die eine hohe Temperaturverträglichkeit
aufweisen. Als Material wird hier häufig Viton oder H-NBR eingesetzt.
Der Zylinderkopf 310 ist üblicherweise der obere Abschluss
des Arbeitsraumes 240 und nimmt die Ventile 200, 212 und 222 auf.
Da Kompressoren die Luft während
der Kompression erwärmen,
sind der Zylinderkopf 310 und die Zylinderwände bei
leistungsstarken Kompressoren gekühlt, um eine Überhitzung
der Ventile 200, 212, 222 und anderer
am Zylinderkopf 310 angebrachten Teile zu vermeiden. Befindet
sich der Kompressor 10 in einer Förderphase, so ist der Schadraum 260 durch
das Schadraumventil 200 von dem Arbeitsraum 240 getrennt.
Befindet sich der Kolben 300 in seiner Abwärtsbewegung,
so wird Luft aus dem Lufteingang 12 durch das Lufteinlassventil 222 in
den Arbeitsraum 240 eingesaugt. Dabei gibt die Membran 230 die Öffnung 226 durch
den Luftsog frei. Der Hub des Einlassventils 222 ist durch
die Hubbegrenzung 228 begrenzt, um die Biegung der Membran 230 beim Öffnen gering
zu halten und eine Überdehnung
der Membran 230 zu verhindern. Die Hubbegrenzung 228 kann
eine einfache Wand oder Abstützplatte
für die
Membran 230 sein. Das Vorsehen der Hubbegrenzung ist ein
Indiz für
die Empfindlichkeit der Membran 230 bei einem Lastwechsel
und zeigt, welche Sorgfalt bei der Auslegung des Systems erforderlich
ist. Die Saugwirkung endet bei Erreichen des tiefsten Punktes und
das Lufteinlassventil 222 schließt mit Einsetzen der Aufwärtsbewegung, die
einen Druck in dem Arbeitsraum 240 aufbaut. Die darauf
folgende Aufwärtsbewegung
des Kolbens 300 komprimiert die Luft in dem Arbeitsraum 240,
wodurch das Luftauslassventil 212 öffnet, und drückt sie in
die Förderleitung 32.
Das Luftauslassventil 212 schließt nach dem Druckausgleich
zwischen Arbeitsraum 240 und Förderleitung 32, und
der Förderzyklus des
Kompressors 10 beginnt erneut. Wird nun der Steuereingang 14 des
Kompressors 10 mit Druck beaufschlagt, so wird der Schaltraum 272 belüftet, wodurch
der Schadraumkolben 250 des Schadraumventils 200 entgegen
der Spannung der Feder 270 von seinem Ventilsitz angehoben
wird. Dadurch ist der Schadraum 260 mit dem Arbeitsraum 240 verbunden.
Wenn der Kolben 300 nun Luft im Arbeitsraum 240 während seiner
Aufwärtsbewegung
komprimiert, drückt
er sie gleichzeitig auch in den Schadraum 260. Dadurch
wird die Komprimierung der Luft stark verringert, was eine Energieeinsparung
bewirkt, und das Luftauslassventil 212 bleibt ständig geschlossen,
da in der Förderleitung 32 ein
höherer Druck
herrscht als im Arbeitsraum 240.
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4 zeigt
eine vereinfachte schematische Darstellung eines 2-Zylinderkompressors
mit pneumatischen Schadraumventilen. Anstatt eines Kompressors 10 mit
einem einzelnen Kolben 300 und Arbeitsraum 240 kann
natürlich
auch ein Kompressor verwendet werden, der zwei Kolben 300 besitzt,
die abwechselnd Luft in ihren jeweiligen Arbeitsräumen 240 komprimieren.
Ein solcher 2-Zylinderkompressor wird
bei gleicher Förderleistung
eine kontinuierlichere Luftförderung
erreicht. Die in 4 dargestellte Variante weist
zwei pneumatisch geschaltete Schadraumventile 200 mit einem
gemeinsamen Schadraum auf. Die Schadraumventile 200 werden
im Falle der Entlastung beide geschaltet und ermöglichen dem 2-Zylinderkompressor
wieder das Atmen in den gemeinsamen Schadraum 260. Getrennte
Schadräume
für beide
Zylinderkolben sind auch denkbar. Sämtliche dargestellten Luftein-,
Luftauslass- und Schadraumventile sind in einer einzigen Ventilplatte 224 angeordnet.
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In
einer nicht dargestellten Variante ist es auch möglich, dass in der Entlastungsphase
des 2-Zylinderkompressors beide Arbeitsräume durch die Schadraumventile
miteinander verbunden werden, wodurch die Luft nicht mehr komprimiert
sondern nur noch zwischen beiden Arbeitsräumen hin und her gepumpt wird.
Bei dieser Variante ist kein eigentlicher Schadraum 260 mehr
vorhanden sondern nur noch eine Verbindungsleitung zwischen den
beiden Arbeitsräumen.
In einer weiteren nicht dargestellten Variante können die Schadraumventile die
Luftauslassventile des 2-Zylinderkompressors offen halten. Die Luft
wird dann ebenfalls zwischen beiden Arbeitsräumen hin und her gepumpt. In
diesem Fall jedoch über die
Förderleitung,
die die beiden Arbeitsräume
des 2-Zylinderkompressors dann miteinander verbindet. Unabhängig von
der Art und Weise, wie der Kompressor entlastet wird und der Anzahl
der vorhandenen Zylinder, muss der Entlastungsvorgang, also das Schalten
der Entlastungsventile, schnell durchführbar sein, um die Luftein-
und Luftauslassventile zu schonen.
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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
- Kompressor
- 12
- Lufteingang
- 14
- Steuereingang
- 16
- Druckluftversorgungseinrichtung
- 20
- elektronisches
Steuergerät
(ECU)
- 30
- Luftfilter
- 32
- Förderleitung
- 36
- Schaltungsknoten
- 38
- Schaltungsknoten
- 40
- Schaltungsknoten
- 42
- Schaltleitung
- 44
- Entlüftungsventil
- 46
- Verbindungsleitung
- 50
- Schaltventil
- 60
- pneumatisch
ansteuerbares Ventil
- 62
- pneumatisch
ansteuerbares Ventil
- 70
- Ventileinrichtung
- 72
- Ventileinrichtung
- 80
- Ablassventil
- 90
- CAN-Anschluss
- 92
- Anschluss
Steuerung Kompressorantrieb
- 94
- Drucksensor
- 96
- Drucksensor
- 100
- Mehrkreisschutzeinrichtung
- 110
- Rückschlagventil
- 120
- 2/2-Wegeventil
- 130
- Vorratsbehälter
- 140
- Anschluss
Luftfederung
- 150
- Anschluss
erster Betriebsbremskreis
- 160
- Anschluss
zweiter Betriebsbremskreis
- 200
- Schadraumventil
- 212
- Luftauslassventil
- 214
- Ventilplatte
- 216
- Öffnung
- 218
- Hubbegrenzung
- 220
- Membran
- 222
- Lufteinlassventil
- 224
- Ventilplatte
- 226
- Öffnung
- 228
- Hubbegrenzung
- 230
- Membran
- 240
- Arbeitsraum
- 250
- Schadraumkolben
- 260
- Schadraum
- 270
- Feder
- 272
- Schaltraum
- 300
- Kolben
mit Pleuelstange
- 310
- Zylinderkopf