-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bereitstellen
von aufbereiteter Luft zur Verwendung als Druckluft in einem pneumatisch
betriebenen Bremssystem eines Fahrzeuges. Weiterhin betrifft die
Erfindung ein entsprechendes Verfahren. Derartige Vorrichtungen
und Verfahren sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden
eingesetzt, um die Luft, welche in pneumatisch betriebenen Systemen
wie Fahrzeugbremsen verwendet wird, von störenden Substanzen zu befreien.
In Bremssystemen und vielen anderen pneumatisch betriebenen Systemen
wird die angesaugte Luft mit Hilfe eines Kompressors verdichtet,
um zum einen den benötigten
Betriebsdruck zu erzeugen, um anderen aber auch, um das Volumen
der Luft und daher den für
das Vorhalten der Luft benötigten
Raum zu verringern. Je nach gewähltem
Ansaugort kann die Luft einen mehr oder weniger hohen Anteil von Öl aufweisen,
beispielsweise dann, wenn die Luft in der Nähe von Aggregaten eines Fahrzeuges
angesaugt wird. Weiterhin kann der Luft durch den Kompressor, dessen
Verdichtungsräume üblicherweise
mit Öl
geschmiert und/oder abgedichtet werden, beim Verdichten weiteres Öl zugesetzt
werden. Öl
in der verdichteten Luft, auch als Druckluft bezeichnet, wirkt sich
nachteilig auf die Komponenten des Bremssystems aus, etwa durch
Ablagerungen an beweglichen Teilen wie Ventilen, die dadurch in
ihrer Funktionsfähigkeit
eingeschränkt
werden. Ein derartiger Vorgang wird als Verkokung oder Verlackung
bezeichnet. Um diese Vorgänge
zu eliminieren oder zumindest zu reduzieren, werden Katalysatoren
verwendet, die üblicherweise
im Druckstutzen des Kompressors angeordnet sind und mit Hilfe von
Granulaten die Kohlenwasserstoffe des Öls solange aufspalten, bis
diese vollständig
in Form von Wasser und Kohlendioxid vorliegen. Das dabei entstehende
Wasser wird über
eine ohnehin vorhandene Lufttrocknungsanlage, auch als „Air Processing
Unit” bezeichnet,
entfernt, die im Allgemeinen dem Katalysator nachgeschaltet ist.
Bestandteile von Kohlendioxid in der Druckluft sind unkritisch.
-
Damit
der Katalysator einen optimalen Wirkungsgrad erreicht und möglichst
viele Kohlenwasserstoffe in Wasser und Kohlendioxid spalten kann, sollte
die komprimierte Luft idealerweise eine Temperatur von zwischen
150 und 160°C
aufweisen. Allerdings kann nicht immer gewährleistet werden, dass sich
die Temperatur der komprimierten Luft immer in diesem Bereich befindet. Üblicherweise
ist der Kompressor direkt am Verbrennungsmotor des Fahrzeuges angeordnet
und wird von diesem angetrieben. Die Drehzahl des Kompressors entspricht
der des Motors oder steht zu ihr in einem festen Verhältnis. Dies
hat zur Folge, dass der Kompressor auch dann in Betrieb ist, wenn
keine Druckluft mehr benötigt wird,
etwa, wenn ein Vorratsspeicher, in dem die Druckluft gelagert wird,
voll ist und die Verbraucher, etwa die Bremszylinder des Bremssystems,
keine Druckluft anfordern. Um zu vermeiden, dass der Kompressor
weiterhin nicht benötigte
Druckluft erzeugt, die dann in die Atmosphäre abgeblasen werden müsste, wird
bei zwei- oder mehrkolbigen Kompressoren ein Zuschaltraum geöffnet, durch
den die Verdichtungsräume
miteinander verbunden werden. Bei einkolbigen Kompressoren wird
das Volumen des Verdichtungsraums erhöht, so dass zwar noch eine Komprimierung
der angesaugten Luft stattfindet, allerdings in einem deutlich geringeren
Umfang. In einem derartigen Leerlaufbetrieb findet keine wesentliche
Verdichtung statt, so dass der Kompressor keine oder nur eine sehr
geringe Leistung im Vergleich zum Lastlauf aufnimmt, so dass der
Verbrennungsmotor weniger Leistung aufbringen muss und wirtschaftlicher
betrieben werden kann.
-
Im
Leerlaufbetrieb kühlt
der Kompressor aufgrund der deutlich geringeren Verdichtungsarbeit aus,
so dass in dem Fall, dass wieder Druckluft angefordert wird, die
Luft zunächst
eine Temperatur aufweist, die unterhalb des optimalen Temperaturbereichs
des Katalysators liegt. Folglich arbeitet der Katalysator für eine bestimmte
Zeit nicht in seinem optimalen Temperaturbereich und kann die Kohlenwasserstoffe
nicht oder nicht mehr im gewünschten
Umfang spalten. Die Druckluft weist daher immer noch Ölbestandteile
auf, welche die Komponenten des Bremssystems oder aber auch den
Katalysator selbst durch die oben beschriebenen Vorgänge schädigen können. Derartige
Situationen können
bei der Inbetriebnahme des Fahrzeuges nach längerem Stillstand oder aber
bei Autobahnfahrten auftreten. Letzteres ist darin begründet, dass
moderne Getriebe so ausgelegt sind, dass bei den üblichen
Geschwindigkeiten der Motor mit relativ niedrigen Drehzahlen arbeitet,
zudem sind bei konstanter Geschwindigkeit auf geraden und ebenen
Strecken kaum Bremsvorgänge
notwendig, so dass keine Druckluft vom Bremssystem angefordert wird.
-
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Nachteile des Standes
der Technik zumindest zu reduzieren und eine Vorrichtung bereitzustellen,
die dem Katalysator auf einfache Weise in allen Betriebszuständen des
Kompressors die Druckluft mit einer Temperatur im oder zumindest
nahe am optimalen Temperaturbereich des Katalysators zuführt.
-
Gelöst wird
die Aufgabe mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art, die
zwei oder mehrere Ansaugkanäle
zum Ansaugen von Luft, ein Umschaltelement zum Auswählen eines
der zwei oder mehreren Ansaugkanäle,
wobei das Umschaltelement mit Hilfe eines Signals ansteuerbar ist,
einen ersten Signalgeber zum Erzeugen eines ersten Signals zum Ansteuern
des Umschaltelements, ein Aufbereitungselement zum Aufbereiten der
Luft, und ein Fördermittel
zum Ansaugen der Luft und zum Zuführen der Luft zum Aufbereitungselement
umfasst. Hierzu saugen vorzugsweise mindestens einer der Ansaugkanäle Luft
aus einer Umgebung des Fahrzeuges und mindestens ein weiterer der
Ansaugkanäle
Luft aus einem Inneren des Fahrzeuges, insbesondere aus einem Motorraum
des Fahrzeuges an. Die aus der Umgebung des Fahrzeuges angesaugte
Luft weist zunächst
die Umgebungstemperatur auf, die den üblichen meteorologischen, geographischen
und jahreszeitlichen Schwankungen unterliegt, sich aber in den meisten
Fällen
zwischen –20
und +40°C
bewegt. Umgebungstemperaturen außerhalb dieses Bereiches sind
nur in extremen Fällen
gegeben. Mindestens ein weiterer der Ansaugkanäle ist so angeordnet, dass
er Luft aus dem Inneren des Fahrzeuges, insbesondere aus dem Motorraum
ansaugt. Hierbei ist es besonders zweckmäßig, die Luft aus der Nähe eines
Abgasturboladers oder eines Abgaskrümmers des Motors des Fahrzeuges
anzusaugen. Die hier vorherrschenden Temperaturen deutlich über den
Umgebungstemperaturen und liegen bei ca. 80 bis 90°C. Mit Hilfe
des Umschaltelements, welches als Mehrweg-Ventil ausgestaltet sein
kann, kann derjenige Ansaugkanal ausgewählt werden, welcher die für den Katalysator
günstigste
Lufttemperatur bereitstellt. Das Umschaltelement kann mit Hilfe eines
beliebigen Signals angesteuert und somit die Ansaugkanäle ausgewählt werden.
Es ist keine zusätzliche
Heizung für
die Vorwärmung
der angesaugten Luft notwendig, weshalb die erfindungsgemäße Vorrichtung
besonders kosten- und ressourcenschonend betreibbar ist.
-
Vorteilhafterweise
wird die erfindungsgemäße Vorrichtung
dadurch weitergebildet, dass sie weiterhin ein Verdichtungselement,
insbesondere einen Kompressor, zum Komprimieren der Luft, wobei
das Verdichtungselement mit Hilfe eines Signals ansteuerbar ist,
und einen Lufttrockner zum Trocknen der komprimierten Luft umfasst.
Derartige Komponenten werden vorzugsweise zur Bereitstellung von
Druckluft, welche in pneumatischen Bremssystemen benötigt wird,
verwendet. Dabei können
jede Art von Kompressoren wie Schrauben- und Kolbenkompressoren verwendet
werden. Die Verwendung eines Verdichtungselements schließt die gleichzeitige
Verwendung eines Fördermittels
nicht aus. Es kann auf diese Weise eine mehrstufige Verdichtung
realisiert werden. Lufttrockner oder Air Processing Units scheiden
das in der Druckluft vorhandene Wasser ab, so dass dieses nicht
unkontrolliert in den Komponenten des pneumatischen Bremssystems
kondensiert und zu Beeinträchtigungen
in der Funktion dieser Komponenten führt.
-
In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung erzeugt
der erste Signalgeber das erste Signal als ein pneumatisches Signal.
Da die mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung bereitgestellte
Luft vorzugsweise in pneumatisch betriebenen Bremssystemen verwendet
wird, lassen sich pneumatische Signale besonders einfach erzeugen. Als
entsprechende Signalgeber zum Erzeugen des oder der pneumatischen
Signale können
allgemein bekannte und günstig
erhältliche
Komponenten vorgesehen werden, beispielsweise ein Überdruckventil. Sollte
der Betriebsdruck im pneumatisch betriebenen Bremssystem, der typischerweise
bei 12 bis 12,5 bar liegt, erreicht bzw. etwas überschritten werden, öffnet das Überdruckventil
und gibt solange Luft ab, bis der Betriebsdruck wieder vorliegt.
Diese abgegebene Luft bildet das pneumatische Signal, welches zum
einen dazu verwendet werden kann, den Kompressor vom Last- in den
Leerlaufbetrieb umzuschalten, also den Zuschaltraum zu öffnen, oder
aber das Umschaltelement anzusteuern, um einen Wechsel des Ansaugkanals
vorzunehmen. Das pneumatische Signal kann auch gleichzeitig zum
Ansteuern des Kompressors und des Umschaltelements verwendet werden. Vorzugsweise
wird das Umschaltventil so angesteuert, dass im Lastbetrieb des
Kompressors derjenige oder diejenigen Ansaugkanäle verwendet werden, die Luft
aus der Fahrzeugumgebung ansaugen, wohingegen im Leerlaufbetrieb
des Kompressors derjenige oder diejenigen Ansaugkanäle verwendet
werden, die Luft aus dem Motorraum ansaugen. Das Ansaugen der kälteren Luft
aus der Fahrzeugumgebung beugt einer Überhitzung des Kompressors
im Lastbetrieb vor, wohingegen das Ansaugen der wärmeren Luft
beispielsweise aus dem Motorraum insbesondere dann günstig ist,
wenn der Kompressor im Leerlaufbetrieb ist. Im hier relevanten Temperaturbereich
von ca. –20°C bis 90°C bewirkt
eine um 1°C
erhöhte
Ansaugtemperatur eine Erhöhung
um etwa 2°C
im Druckstutzen des Kompressors. Durch die wahlweise Verwendung
von wärmerer
Luft im Leerlaufbetrieb ist es erfindungsgemäß möglich, die im Motorraum ohnehin
vorhandene wärmere
Luft zur Bereitstellung der Druckluft zu verwenden, die nach der
Komprimierung eine Temperatur im oder zumindest nahe am optimalen
Temperaturbereich des Katalysators aufweist. Ein zusätzliches
Heizelement zur Vorwärmung
der angesaugten Luft wird überflüssig, die
Energiebilanz des Fahrzeuges wird unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
verbessert.
-
Vorzugsweise
ist der erste Signalgeber im Lufttrockner angeordnet und das erste
Signal wird in Abhängigkeit
des Drucks der komprimierten Luft im Lufttrockner erzeugt. Üblicherweise
ist der Lufttrockner die erste dem Kompressor und dem Katalysator nachgeschaltete
Einheit des pneumatischen Bremssystems, welche die Druckluft durchläuft. Hier
findet der letzte Aufbereitungsschritt der Druckluft statt, bevor
sie durch den weiteren Einheiten des Bremssystems zugeführt wird.
Eine weitere Komprimierung findet nicht statt, so dass hier der
Betriebsdruck anliegt. Sinkt dieser, ist dies ein Zeichen dafür, dass
zumindest ein Verbraucher Druckluft angefordert und verbraucht hat,
so dass der Kompressor aktiviert und zusätzliche Luft komprimieren muss.
Daher bietet sich der Lufttrockner als Einbauort für den Signalgeber zum
Erzeugen des ersten Signals an. Wie bereits oben angedeutet, können beispielsweise Überdruckventile
als Signalgeber verwendet werden, allerdings sind auch sämtliche
andere Signalgeber, die Signale in Abhängigkeit des Drucks der Komprimierten
Luft erzeugen können,
geeignet.
-
Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist durch eine
Steuereinheit zum Empfangen des ersten Signals und zum Erzeugen
eines zweiten Signals zum Ansteuern des Kompressors und/oder des
Umschaltelements gekennzeichnet, wobei der erste Signalgeber das
erste Signal als ein elektrisches Signal erzeugt. Die Verwendung
einer Steuereinheit und von elektrischen Signalen hat den Vorteil,
dass keine platzfordernden pneumatischen Leitungen verwendet werden
müssen.
Die Verlegung von elektrisch leitenden Kabeln ist vergleichsweise einfacher,
platzsparender und lässt
sich flexibler gestalten.
-
Vorteilhafterweise
umfasst der erste Signalgeber Mittel zum Erfassen des Drucks im
Lufttrockner und zum Erzeugen des entsprechenden ersten elektrischen
Signals. In dieser Ausführungsform
bietet die Verwendung einer Steuereinheit die Möglichkeit der Dokumentation
der durchgeführten
Ansteuervorgänge,
so dass sich die Reaktionen der erfindungsgemäßen Vorrichtung oder des Bremssystems auf
den Wechsel des Ansaugkanals nachvollziehen lassen. Die entsprechenden
Erkenntnisse können zur
Verbesserung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und des Bremssystems verwendet werden. Weiterhin besteht die Möglichkeit,
Fehlansteuerungen aufzuspüren.
-
Weitere
Vorteile ergeben sich daraus, dass die Mittel als Drucksensor, insbesondere
als piezoelektrisches Element zum Erzeugen des ersten elektrischen
Signals ausgebildet sind. Drucksensoren bieten im Gegensatz zu einem Überdruckventil
zum Erzeugen eines pneumatischen Signals den Vorteil, dass sie eine
quantitative Druckbestimmung ermöglichen,
statt nur ein Signal zu erzeugen, wenn der Druck eine bestimmte
Grenze unter- bzw. überschreitet.
Beispielsweise kann der Kompressor erst dann aktiviert werden, wenn
der Druck unter eine wählbare
Grenze fällt.
So kann berücksichtigt
werden, dass das pneumatische Bremssystem auch dann noch voll funktionsfähig ist,
wenn der Betriebsdruck den Sollwert um einen bestimmten Betrag unterschritten
hat. Dadurch kann ein zu häufiges
Aktivieren und Deaktivieren des Kompressors verhindert werden, was
sich positiv auf den Betrieb und die Lebensdauer des Kompressors
und des Verbrennungsmotors aufgrund der selteneren Belastungswechsel auswirkt.
Weiterhin kann die Steuereinheit die zeitliche Änderung einer Druckänderung
berücksichtigen. Sollte
sich der Druck sehr schnell abbauen und der gewählten Untergrenze nähern, kann
dies als Signal verstanden werden, dass ein hoher Verbrauch von Druckluft
vorliegt, etwa bei einer Vollbremsung. Dann ist es vorteilhaft,
den Kompressor schon in den Lastbetrieb umzuschalten, auch wenn
die gewählte
Untergrenze noch nicht erreicht ist. Insbesondere zur Erfassung
von dynamischen Prozessen, hier also die zeitlichen Änderungen
des Drucks im Lufttrockner, sind piezoelektrische Elemente besonders
geeignet, die sich zudem raumsparend und kompakt bauen lassen und
daher nahezu an jedem Einbauort verwendet werden können.
-
Ein
weiterer Vorteil wird durch einen zweiten Signalgeber zum Erzeugen
eines weiteren ersten elektrischen Signals erreicht, wobei das weitere
erste elektrische Signal von der Steuereinheit empfangbar ist. Das
weitere erste Signal kann ebenfalls zur Ermittlung des Druckes dienen,
um beispielsweise den Druck im Druckstutzen des Kompressors mit
dem Betriebsdruck im pneumatischen Bremssystem zu vergleichen. Hieraus
können
Rückschlüsse auf
den Zustand des Katalysators geschlossen werden. Ein erhöhter Druckverlust
kann auf Ölablagerungen
auf den Granulaten des Katalysators hinweisen, so dass dieser ausgetauscht
oder regeneriert werden sollte. Prinzipiell sind hierbei der Anzahl
und der Art der Signalgeber keine Grenzen gesetzt, solange die Steuereinheit
in der Lage ist, die empfangenen Signale zu verarbeiten.
-
Vorteilhafterweise
erzeugt der zweite Signalgeber das weitere erste elektrische Signal
in Abhängigkeit
der Temperatur der komprimierten Luft im Druckstutzen des Kompressors.
Die Kenntnis über diese
Temperatur kann ebenfalls für
die Dokumentation verwendet werden, wodurch ermittelt werden kann,
ob und wie lange der Katalysator mit Luft im optimalen Temperaturbereich
beaufschlagt wurde. Weiterhin ist es denkbar, mehrere Temperaturmessungen
durchzuführen,
etwa im Saug- und im Druckstutzen des Kompressors, So können wertvolle
Erkenntnisse über
die Abhängigkeit
zwischen Temperatur und Verdichtung gewonnen werden, die bei der
Auslegung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
berücksichtigt
werden können.
Ferner kann der Umschaltpunkt des Umschaltelements entsprechend
gesteuert werden, so dass der Katalysator so weit wie möglich mit
Luft im optimalen Temperaturbereich versorgt wird.
-
Weiterhin
vorteilhaft ist es, wenn das Umschaltelement ein Schaltelement aufweist,
welches stufenlos zwischen einer ersten und einer zweiten Endstellung
bewegbar ist. Die stufenlose Bewegbarkeit zwischen den Endstellungen
ermöglicht
es, die Luft aus zwei oder mehreren Ansaugkanälen gleichzeitig anzusaugen
und in einem von der Stellung des Schaltelements abhängigen Verhältnis zu
mischen. Je nach dem Massenstrom- bzw. Mischverhältnis zwischen kälterer Luft
aus der Umgebung des Fahrzeuges und der wärmeren Luft aus dem Motorraum lässt sich
jede Temperatur zwischen den Eingangstemperaturen der angesaugten
Luft jedes Ansaugkanals im Saugstutzen des Kompressors einstellen. Vorzugsweise
kann die Stellung des Schaltelements von der Steuereinheit eingestellt
werden. In Verbindung mit einer Temperaturmessung im Saug- oder
im Druckstutzen des Kompressors kann die Luft so gemischt werden,
dass sie dem Katalysator mit der optimalen Temperatur zugeführt wird.
-
Ein
weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Bereitstellen von aufbereiteter Luft insbesondere zur Verwendung
als Druckluft in einem pneumatisch betriebenen Bremssystemen eines
Fahrzeuges, umfassend folgende Schritte:
- a)
Erzeugen eines ersten Signals zum Ansteuern eines Umschaltelements
mittels eines ersten Signalgebers,
- b) Ansteuern des Umschaltelements zum Auswählen aus zwei oder mehreren
Ansaugkanälen für Luft mit
Hilfe des ersten Signals,
- c) Ansaugen der Luft und Zuführen
der Luft zu einem Aufbereitungselement mit Hilfe eines Fördermittels,
und
- d) Aufbereiten der Luft mit Hilfe des Aufbereitungselements.
-
Die
Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens
können
in der Reihenfolge a) bis d) ausgeführt werden, allerdings ist
das Verfahren nicht auf diese Reihenfolge beschränkt.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
wird durch folgende Schritte weitergebildet:
- a)
Komprimieren der Luft mit Hilfe eines Verdichtungselements, insbesondere
eines Kompressors,
- b) Zuführen
der komprimierten Luft zu einem Speicherelement mit Hilfe des Verdichtungselements
und/oder des Fördermittels,
und
- c) Trocknen der komprimierten Luft mit Hilfe eines Lufttrockners.
-
Weitere
Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahren
ergeben sich durch die Ausführung
folgender Schritte:
- a) Erzeugen eines ersten
elektrischen Signals mit Hilfe des ersten Signalgebers, und
- b) Empfangen des ersten elektrischen Signals und Erzeugen eines
zweiten Signals zum Ansteuern des Fördermittels und/oder des Umschaltelements
mit Hilfe einer Steuereinheit.
-
Vorteilhaft
weitergebildet wird das erfindungsgemäße Verfahren durch die folgenden
Schritte:
- a) Erzeugen eines weiteren ersten
elektrischen Signals mit Hilfe eines zweiten Signalgebers, und
- b) Empfangen des weiteren ersten elektrischen Signals mit Hilfe
der Steuereinheit.
-
Die
sich hieraus ergebenden Vorteile entsprechen denen, die bereits
für die
Vorrichtung beschrieben worden sind.
-
Vorteilhafte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Zeichnungen
erläutert.
Es zeigen
-
1 ein
Flussdiagramm einer ersten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
-
2 ein
Flussdiagram einer zweiten Ausführungsform,
-
3 eine
detaillierte Darstellung eines erfindungsgemäßen Umschaltelements in einer
ersten Endstellung,
-
4 das
in 3 dargestellte Umschaltelement in einer zweiten
Endstellung, und
-
5 das
in 3 und 4 dargestellte Umschaltelement
zwischen der ersten und zweiten Endstellung.
-
Die
in 1 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 ist
in einem Fahrzeug 12, beispielsweise einen Schienen- oder Nutzfahrzeug,
eingebaut. Sie umfasst einen ersten Ansaugkanal 14 mit
einer ersten Ansaugöffnung 16 und
einen zweiten Ansaugkanal 18 mit einer zweiten Ansaugöffnung 20,
wobei sich die erste Ansaugöffnung 16 in
einer Umgebung 22 des Fahrzeuges 12 und die zweite
Ansaugöffnung 20 in
einem Inneren 24 des Fahrzeuges 12, beispielsweise
in einem Motorraum 26 mit einem Abgasturbolader 27 und
einem Abgaskrümmer 29 befinden.
Die beiden Ansaugkanäle
münden
in ein Umschaltelement 28. Ausgangsseitig vom Umschaltelement 28 schließt sich
ein Saugstutzen 30 eines Fördermittel 32 an.
Im dargestellten Beispiel handelt es sich um ein Verdichtungsmittel,
ausgeführt
als Kompressor 34. Mit Hilfe des Kompressors 34 wird
Luft über
mindestens einen der Ansaugkanäle 14, 18 angesaugt
und verdichtet. Der Kompressor 34 ist mit einem Druckstutzen 36 verbunden,
durch den die verdichtete Luft einem Aufbereitungselement 38 zugeführt wird,
wobei in der dargestellten Ausführungsform das
Aufbereitungselement 38 als Katalysator 40 zum
Eliminieren oder zumindest zum Reduzieren des Öls in der Druckluft ausgestaltet
ist. Hierzu kann der Katalysator 40 eine nicht dargestellte
Granulatschüttung
aufweisen. Dem Katalysator 40 nachgeschaltet ist ein Lufttrockner 42, in
dem die verdichtete Luft getrocknet wird. Die getrocknete Druckluft
wird vom Lufttrockner 42 entweder einem nicht im Detail
dargestellten Bremssystem 44 mittels eines Zuführkanals 45 zugeführt oder
mit Hilfe eines Auslasskanals 45 an die Umgebung 22 des
Fahrzeuges 12 abgegeben.
-
Zum
Betreiben der Vorrichtung 10 wird zunächst ein nicht dargestellter
Motor des Fahrzeuges 12 gestartet. Dies ist bei Nutzfahrzeugen üblicherweise
ein Verbrennungsmotor, der den Kompressor 34 direkt antreibt.
Die Drehzahl des Kompressors 34 entspricht somit der Drehzahl
des Verbrennungsmotors oder steht in einem festen Verhältnis zu
dieser. Bei Inbetriebnahme der Vorrichtung 10 wird davon ausgegangen,
dass der Druck im Bremssystem 44 gleich dem atmosphärischen
Druck ist. Um das Bremssystem 44 betreiben zu können, muss
jedoch ein Betriebsdruck aufgebaut werden, der deutlich höher als
der atmosphärische
Druck ist und typischerweise 12 bis 12,5 bar beträgt. Hierzu
saugt der Kompressor 34 Luft aus einem der Ansaugkanäle 14, 18 an,
verdichtet diese und führt
sie dem Katalysator 40 zu, wo ihr Ölgehalt zumindest verringert
wird. Anschließend
gelangt die verdichtete Luft in den Lufttrockner 42, wo
sie getrocknet wird. Die getrocknete und verdichtete Luft gelangt
vom Lufttrockner 42 entweder über den Zuführkanal 43 in das
Bremssystem 44 oder wird über den Auslasskanal 45 in
die Umgebung 22 des Fahrzeuges 12 abgegeben, beispielsweise
dann, wenn der Betriebsdruck im Bremssystem 44 bereits
erreicht ist, der Kompressor 34 aber noch im Lastbetrieb
läuft,
um zu verhindern, dass der Betriebsdruck im Bremssystem 44 überschritten
wird. Der in 1 dargestellte Lufttrockner 42 weist
einen ersten Signalgeber 46 auf, der ein pneumatisches
Signal erzeugt, sobald der Betriebsdruck im Bremssystem 44 erreicht
ist. Der Signalgeber 46 kann beispielsweise in Form eines Überdruckventils
ausgeführt
sein, welches dann öffnet,
wenn der anliegende Druck den Betriebsdruck um eine bestimmte Differenz überschreitet.
Sobald der Betriebsdruck wieder erreicht ist, schließt das Überdruckventil wieder.
Andere Ausgestaltungen sind denkbar. In 1 wird das
pneumatische Signal sowohl dem Kompressor 34 als auch dem
Umschaltelement 28 über
pneumatische Leitungen 48 zugeführt. Durch das pneumatische
Signal wird dem Kompressor 34 angezeigt, dass der Betriebsdruck
im Bremssystem 44 erreicht ist und keine weitere Luft verdichtet
werden muss. Der Kompressor 34 wird dann in den Leerlaufbetrieb
umgeschaltet, etwa durch Zuschalten eines (nicht dargestellten)
Zuschaltraums, wodurch die Leistungsaufnahme des Kompressors 34 deutlich verringert
wird. Dasselbe pneumatische Signal wird auch dem Umschaltelement 28 zugeführt, wodurch diesem
ebenfalls angezeigt wird, dass der Betriebsdruck im Bremssystem 44 erreicht
ist und der Kompressor 34 in den Leerlaufbetrieb geschaltet
wird. Die Luftführung
im Umschaltelement 28 wird mit Hilfe des pneumatischen
Signals so verändert,
dass die Luft nun von einem anderen Ansaugkanal angesaugt wird.
Die aus dem Inneren 24 des Fahrzeuges 12 mit Hilfe
des zweiten Ansaugkanals 18 entnommene Luft ist im Vergleich
zu der Luft, die durch den ersten Ansaugkanal 14 in das
Umschaltelement 28 gelangt, wärmer. Die Temperatur der mit
Hilfe des zweiten Ansaugkanals 18 angesaugten Luft kann
dadurch gesteigert werden, dass sie in unmittelbarer Umgebung des
Turboladers oder des Abgaskrümmers
des Motors entnommen wird, so dass ihre Temperatur ca. 90 bis 100°C entspricht.
Die aus der Umgebung 22 des Fahrzeuges 12 entnommene
Luft weist eine Temperatur auf, die im Wesentlichen der Außentemperatur entspricht,
so dass je nach Wetterlage eine Temperaturdifferenz zwischen der
aus dem Inneren 24 und der aus der Umgebung 22 des
Fahrzeuges 12 angesaugten Luft von mindestens 50°C, meistens
sogar deutlich mehr, anliegt. Im Lastbetrieb des Kompressors 34 wird
die kältere
Luft verdichtet, so dass ein Überhitzen
des Kompressors 34 verhindert wird, während im Leerlaufbetrieb die
wärmere
Luft verwendet wird, um ein Auskühlen
des Kompressors 34 bzw. des Katalysators 40 zu
vermeiden.
-
In 2 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 dargestellt. Die
Funktionsweise entspricht dem Ausführungsbeispiel, welches in 1 dargestellt
ist. Im Gegensatz dazu weist dieses Ausführungsbeispiel eine Steuereinheit 50 auf
und die Signale werden in elektrischer Form erzeugt. Der erste Signalgeber 46 weist
hierzu Mittel 52 zum Erzeugen eines ersten elektrischen
Signals auf, welches den Druck im Bremssystem 44 betrifft,
und ist zwischen dem Katalysator 40 und dem Lufttrockner 42 angeordnet,
kann sich aber auch direkt im Lufttrockner 42 oder einer
anderen Stelle im Bremssystem 44 oder der Vorrichtung 10 befinden. Dieses
Mittel 52 führt
das erste elektrische Signal der Steuereinheit 50 zu, die
ein zweites Signal erzeugt, mit dem der Kompressor 34 und
das Umschaltelement 28 angesteuert werden. Es ist aber
auch möglich,
den Kompressor 34 mit einer ersten Gruppe und das Umschaltelement 28 mit
einer zweiten Gruppe von zweiten Signalen anzusteuern. Im dargestellten Beispiel
ist ein zweiter Signalgeber 53 zum Erzeugen eines weiteren ersten
Signals vorgesehen, mit dem beispielsweise die Temperatur ermittelt
werden kann. Im dargestellten Beispiel ist dieser zweite Signalgeber 53 zwischen
dem Kompressor 34 und dem Katalysator 40 angeordnet,
kann aber auch an beliebigen anderen Orten der Vorrichtung 10 vorgesehen
werden, ferner können
auch mehrere zweite Signalgeber verwendet werden, welche dieselbe
Größe, etwa
die Temperatur, oder verschiedene Größen, wie Druck oder Strömungsgeschwindigkeit,
messen. Auf diese Weise ist es möglich,
den aktuellen Zustand der Vorrichtung 10 genauer zu erfassen
und das Umschaltelement 28 nicht nur in Abhängigkeit
des Drucks im Bremssystem 44 anzusteuern, sondern weitere
relevante Parameter zu berücksichtigen.
Sämtliche
elektrische Signale werden über
elektrische Leitungen 54 übertragen.
-
In 3 ist
ein erfindungsgemäßes Umschaltelement 28 dargestellt.
Das Umschaltelement 28 weist ein Gehäuse 56 auf, welches
aus einem beliebigen Material hergestellt sein kann, beispielsweise
aus einem Stahl oder einem Kunststoff. Im dargestellten Beispiel
umfasst das Gehäuse 56 insgesamt vier
Anschlüsse 58, 60, 62 und 64,
wobei der erste Anschluss 58 mit dem ersten Ansaugkanal 14,
der zweite Anschluss 60 mit dem zweiten Ansaugkanal 18 und
der dritte Anschluss 62 mit dem Saugstutzen 30 verbunden
ist, während
der vierte Anschluss 64 der Steuerung des Umschaltelements 28 dient
und in diesem Fall so eingerichtet ist, ein pneumatisches Signal über die
pneumatische Leitung 48 zu empfangen. Das Umschaltelement 28 weist
ein Schaltelement 66 auf, mit dem die Luftführung so
verändert werden
kann, dass sie entweder vom ersten Ansaugkanal 14 oder
vom zweiten Ansaugkanal 18 in das Umschaltelement 28 und
weiter in den Saugstutzen 30 gelangen kann (vgl. 1 und 2).
-
Um
die Vorrichtung 10 luftdicht auszuführen, sind Dichtelemente 70,
beispielsweise O-Ringe,
an den entsprechenden Stellen vorgesehen. Zum Einbau des Schaltelements 66 kann
das Gehäuse 56 einen
nicht dargestellten Deckel aufweisen. Ferner ist ein Stutzen 72 vorgesehen,
der den Einbau einer Feder 68 ermöglicht. Im dargestellten Beispiel
ist der Stutzen 72 mittels eines Gewindes 74 mit
dem Gehäuse 56 verbunden.
Zum Festziehen und Lösen
des Stutzens 72 ist ein Abschnitt 76 vorgesehen,
an dem ein (nicht dargestellter) Schraubenschlüssel angesetzt und ein Drehmoment
auf den Stutzen 72 aufgebracht werden kann. Mit Hilfe der
Stellung des Stutzens 72 im Gewinde 74 kann die
Vorspannkraft der Feder 68 und damit der benötigte Druck
zum Bewegen des Schaltelements 66 sowie der Schaltweg zwischen
der ersten und der zweiten Endstellung verändert werden. Auf diese Weise
kann eine Feinabstimmung des Umschaltelements 66 vorgenommen
und vorliegende Randbedingungen im Fahrzeug 12 berücksichtigt
werden.
-
In 3 befindet
sich das Schaltelement 66 in einer ersten Endstellung,
in der die Luft vom zweiten Ansaugkanal 60 in das Umschaltelement 66 und von
dort in den Saugstutzen 30 gelangen kann. Der erste Anschluss 58 wird
vom Schaltelement 66 verschlossen. Hierzu wird das Schaltelement 66 über den
vierten Anschluss 64 mit Druckluft beaufschlagt und gegen
die Vorspannkraft der Feder 68 in die erste Endstellung
gestellt. Die Luftführung
ist durch die Pfeile angedeutet.
-
Soll
nun die Luftführung
geändert
werden, wird der vierte Anschluss 64 entlüftet und
das Schaltelement 66 aufgrund der Vorspannkraft der Feder 68 in
eine zweite Endstellung gestellt (vgl. 4), in welcher
die Luft ausschließlich über den
ersten Anschluss 58 in den Saugstutzen 30 gelangen
kann (siehe hierzu auch Pfeile in 4). Der
zweite Anschluss 60 wird in dieser Stellung vom Schaltelement 66 verschlossen.
-
In 5 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Umschaltelement 28 dargestellt.
Im Gegensatz zu dem in den 3 und 4 dargestellten
Beispiel wird das Schaltelement 66 mit Hilfe eines Stellmotors 78,
der beispielsweise mit einer Spindel 80 zusammenwirkt,
zwischen den Endstellungen bewegt. In dieser Ausführungsform
kann auf die Feder 68 verzichtet werden, da der Stellmotor 78 das
Schaltelement 66 in beide Richtungen bewegen kann. Der
Stellmotor ist über
die elektrische Leitung 54 mit der Steuereinheit 50 verbunden
wird über ein
elektrisches Signal, welches von der Steuereinheit 50 (vgl. 2)
erzeugt wird, aktiviert. Diese Ausführungsform eignet sich besonders
dafür,
das Schaltelement 66 nicht nur zwischen den beiden Endstellungen
hin- und herzubewegen, sondern auch in Zwischenstellungen zu positionieren.
Es sind also die beiden Anschlüsse 58 und 60 geöffnet, so dass
wärmere
Luft aus dem Ansaugkanal 18 und kältere Luft aus dem Ansaugkanal 14 gemischt
werden können,
so dass eine beliebige Temperatur eingestellt werden kann, die zwischen
denen der wärmeren
und kälteren
Luft liegt. Diese Temperatur bestimmt sich im Wesentlichen aus den
vom Schaltelement 66 freigegebenen wirksamen Strömungsquerschnitten
der aus den jeweiligen Ansaugkanälen 14 und 18 angesaugten
Luft, so dass sich die eingestellte Temperatur aus der Stellung
des Schaltelements 66 zwischen den beiden Endstellungen
ergibt. Auf diese Weise ist eine Regelung der Temperatur der verdichteten
Luft möglich,
die dem Katalysator 40 zugeführt wird.
-
Die
vorliegende Erfindung ist exemplarisch anhand der obigen Ausführungsformen
beschrieben worden. Allerdings ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen
beschränkt.
Sich hieraus ergebende naheliegende Modifikationen, etwa das Vorsehen
weiterer Ansaugkanäle
und andere Steuerungsweisen des Umschaltelements oder ein anderer
Aufbau der Vorrichtung, gehen nicht über den grundlegenden Erfindungsgedanken
hinaus und sind vom Schutzumfang der folgenden Ansprüche umfasst.