DE102008039119A1

DE102008039119A1 - Druckluftaufbereitungsanlage mit verbessertem Absperrventil

Info

Publication number: DE102008039119A1
Application number: DE102008039119A
Authority: DE
Inventors: Jens Lehmann; Tomas Seidl
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: 2008-08-22
Filing date: 2008-08-22
Publication date: 2010-02-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Druckluftaufbereitungsanlage (14), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Drucklufteingang (34), einem Druckluftausgang (60), einer zwischen dem Drucklufteingang (34) und dem Druckluftausgang (60) angeordneten Filtereinheit (16) und einem in einer Förderphase stromaufwärts der Filtereinheit (16) in einer Förderleitung (26) angeordneten Absperrventil (56) mit einem im geschlossenen Zustand des Absperrventils (56) auf einem Ventilsitz (62) aufsitzenden Ventilkörper (64). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Ventilsitz (62) des Absperrventils (56) gegenüber der Strömungsrichtung (66) der geförderten Druckluft in einer Förderphase geneigt ist und dass der Ventilsitz (62) gleichzeitig auch gegenüber der Ebene (68) senkrecht zur Strömungsrichtung (66) der geförderten Druckluft in einer Förderphase geneigt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckluftaufbereitungsanlage, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Drucklufteingang, einem Druckluftausgang, einer zwischen dem Drucklufteingang und dem Druckluftausgang angeordneten Filtereinheit und einem in einer Förderphase stromaufwärts der Filtereinheit in einer Förderleitung angeordneten Absperrventil mit einem im geschlossenen Zustand des Absperrventils auf einem Ventilsitz aufsitzenden Ventilkörper.
Eine gattungsgemäße Druckluftaufbereitungsanlage, wie sie in der dem Stand der Technik entnommenen 1 dargestellt ist, ist beispielsweise aus der DE 10 2005 057 003 B4 bekannt. Die in 1 dargestellte Druckluftaufbereitungsanlage 14 bildet zusammen mit einem an einen Drucklufteingang 34 der Druckluftaufbereitungsanlage 14 gekoppelten Kompressor 12 eine Druckluftversorgungsanlage 10, wie sie beispielsweise in einem Kraftfahrzeug mit verschiedenen Druckluftverbrauchern integriert sein kann. Die dargestellte Druckluftaufbereitungsanlage 14 ist im Allgemeinen mit einem nicht dargestellten Mehrkreisschutzventil kombiniert, oder sie ist diesem vorgeschaltet. Weiterhin weist eine herkömmliche Druckluftaufbereitungsanlage 14 einen hier nicht dargestellten Druckregler auf. Ein weiterer wichtiger Bestandteil ist eine Filtereinheit 16, die über ein Rückschlagventil 28 mit den weiteren nicht dargestellten Komponenten verbunden ist. Weiterer zentraler Bestandteil der Druckluftaufbereitungsanlage 14 ist eine elektronische Steuereinheit 18. Diese elektronische Steuereinheit 18 dient unter anderem der Ansteuerung eines ersten 3/2-Wegeventils 20 und eines zweiten 3/2-Wegeventils 22, die beide zum Beispiel als Magnetventil ausgeführt sein können. Das zweite 3/2-Wegeventil 22 ist in einem Strömungsweg angeordnet, der das Rückschlagventil 28 umgeht. Der Strömungsweg enthält ein weiteres Rückschlagventil 30, das eine Strömung von dem zweiten 3/2-Wegeventil 22 zu der Filtereinheit 16 zulässt und eine umgekehrte Strömung unterbindet. Ferner ist eine über das erste 3/2-Wegeventil 20 pneumatisch ansteuerbare Ventileinrichtung 24 dargestellt, die ein Absperrventil 56 und ein Ablassventil 58 umfasst, wobei das Ablassventil 58 zum Beispiel als ein pneumatisch ansteuerbares 2/2-Wegeventil mit einer Möglichkeit zum selbstständigen Überdruckabbau ausgeführt sein kann. Die Ventileinrichtung 24 ist in einer Förderleitung 26 zwischen dem Kompressor 12 und der Filtereinrichtung 16 angeordnet. Die zur Ansteuerung der Ventileinrichtung 24 verwendete pneumatische Steuerleitung ist gleichzeitig über einen pneumatischen Steuereingang 32 mit dem Kompressor 12 gekoppelt und kann diesen zwischen einer Förder- und einer Leerlaufphase umschalten. Ein Einfrieren der Förderleitung 26 ist über eine von dem Steuergerät 18 gesteuerte Heizung 52 vermeidbar, während ein Überdruck in der Förderleitung 26 durch ein Sicherheitsventil 54 und einen Ablass 3 abgebaut werden kann. Ausgangsseitig sind stromabwärts eines Druckluftausgangs 60 Druckluftbehälter 36, 38 mit Ablassventilen 40, 42 hinter Überströmventilen 44, 46 dargestellt, wobei das Druckniveau in den Druckluftbehältern 36, 38 über Drucksensoren 48, 50 von dem Steuergerät 18 überwachbar ist. Diese Anordnung soll die einzelnen Druckluftverbraucherkreise schematisch andeuten.
Die Funktionsweise einer derartigen Druckluftversorgungsanlage 10 ist dem Fachmann wohlbekannt, weshalb auf eine detaillierte Funktionsbeschreibung an dieser Stelle verzichtet werden kann. Während einer Förderphase des Kompressors 12 ist das Absperrventil 56 üblicherweise geöffnet und während einer Regenerationsphase und einer Abschaltphase geschlossen. Ein wesentliches Merkmal des Absperrventils 56 ist dabei ein geringer Strömungswiderstand in der Förderleitung 26 während einer Förderphase. Nachteilig bei den bislang als Absperrventil verwendeten Ventileinrichtungen sind jedoch die großen baulichen Abmessungen, die notwendig sind, um den geforderten geringen Strömungswiderstand zu erreichen, und eine externe Ansteuerbarkeit, die zusätzliche Steuerleitungen erfordert. Dies führt jedoch zu erhöhten Produktionskosten, da die kritischen Bestandteile des Absperrventils, zum Beispiel Dichtungen und Ventilsitze, mit entsprechend großen Abmessungen produziert werden müssen. Darüber hinaus werden auch die Abmessungen der Druckluftaufbereitungsanlage insgesamt vergrößert, was dem Bedürfnis nach einer möglichst kleinen und zugleich leistungsfähigen Anlage entgegensteht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die genannten Aufgaben zumindest teilweise zu lösen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die gattungsgemäße Druckluftaufbereitungsanlage wird dadurch weitergebildet, dass der Ventilsitz des Absperrventils gegenüber der Strömungsrichtung der geförderten Druckluft in einer Förderphase geneigt ist und dass der Ventilsitz gleichzeitig auch gegenüber der Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung der geförderten Druckluft in einer Förderphase geneigt ist. Durch die geneigte Anordnung des Ventilsitzes gegenüber der Strömungsrichtung und gegenüber der Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung kann die Abmessung des Absperrventils in transversaler Richtung zur Förderleitung reduziert werden, da der auf dem Ventilsitz aufsitzende Ventilkörper zur Freigabe eines ausreichend großen Strömungsquerschnitts in dem Absperrventil in der Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung eine geringere Strecke zurücklegen muss. Dies erlaubt in idealer Weise eine Reduzierung der Abmessung des Absperrventils in der Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung, wobei gleichzeitig ein niedriger Strömungswiderstand des Absperrventils in geöffnetem Zustand erhalten bleibt.
Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass der Ventilsitz gegenüber der Strömungsrichtung der geförderten Druckluft in einer Förderphase einen Neigungswinkel zwischen 40 und 50° aufweist.
Besonders bevorzugt ist, dass der Ventilsitz gegenüber der Strömungsrichtung der geförderten Druckluft in einer Förderphase einen Neigungswinkel von 45° aufweist. Ein möglichst geringer Neigungswinkel des Ventilsitzes hat zwar eine geringe transversale Ausdehnung des Absperrventils zur Strömungsrichtung zur Folge, verursacht jedoch gleichzeitig eine größere Ausdehnung des Absperrventils in Strömungsrichtung, was gleichzeitig auch zu Problemen hinsichtlich des Strömungswiderstandes bei geöffnetem Absperrventil führen kann. Darüber hinaus wird bei einem Neigungswinkel kleiner als 90° zwischen Strömungsrichtung und Ventilsitz während einer Regenerationsphase und einer Abschaltphase der Ventilkörper gegen den in der Förderleitung anstehenden Druck aktiv zugehalten. Ein unbeabsichtigtes Sperren des Absperrventils in geöffnetem Zustand ist daher auszuschließen.
Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass der Ventilsitz gegenüber der Strömungsrichtung der geförderten Druckluft in einer Förderphase einen Neigungswinkel zwischen 130 und 140° aufweist.
In diesem Zusammenhang ist dann besonders bevorzugt, dass der Ventilsitz gegenüber der Strömungsrichtung der geförderten Druckluft in einer Förderphase einen Neigungswinkel von 135° aufweist. Ist der Winkel zwischen dem Ventilsitz und der Strömungsrichtung größer als 90°, so wird während einer Regenerationsphase der Ventilkörper zusätzlich durch den in der Förderleitung anstehenden Druck gegen den Ventilsitz gepresst. Dies verringert zum einen die zum Schließen des Absperrventils notwendige Kraft und verbessert zum anderen durch den höheren Anpressdruck die Dichtheit des Absperrventils.
Nützlicherweise kann vorgesehen sein, dass das Absperrventil selbsttätig öffnet oder schließt. Auf diese Weise können die Steuerleitungen zur Ansteuerung des Absperrventils entfallen, wodurch Bauraum eingespart wird.
Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass das Absperrventil fremdgesteuert öffnet oder schließt. Dies erlaubt eine maximale Flexibilität im Bezug auf das Öffnen und Schließen des Absperrventils.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
Es zeigen:
1 eine Druckluftaufbereitungsanlage mit angeschlossenem Kompressor gemäß dem Stand der Technik;
2 ein Schnittbild eines Absperrventils mit gegenüber einer Strömungsrichtung des Druckmittels geneigtem Ventilsitz;
3 eine Außenansicht eines Absperrventils mit angedeuteter Bemaßung und
4 eine erfindungsgemäße Druckluftaufbereitungsanlage mit selbsttätig öffnendem Absperrventil.
In den folgenden Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleichartige Teile.
1 zeigt eine Druckluftaufbereitungsanlage mit angeschlossenem Kompressor und wurde bereits im Zusammenhang mit dem Stand der Technik beschrieben.
2 zeigt ein Schnittbild eines Absperrventils mit gegenüber einer Strömungsrichtung des Druckmittels geneigtem Ventilsitz. Das in 2 dargestellte Absperrventil 56 ist in seinem geschlossenen Zustand dargestellt, das heißt in einem Schaltraum 102 des Absperrventils 56 ist eine Schaltfeder 92 so angeordnet, dass ein Ventilkörper 64 seine Schließposition innerhalb des Absperrventils 56 einnimmt. Dabei presst die Schaltfeder 92 einen Ventilteller 94, der Teil des Ventilkörpers 64 ist, an einen Ventilsitz 62. Der Ventilkörper 64 öffnet aufgrund des Betriebsdruckes in der Förderleitung 26 und wirkt nur gegen die Schaltfeder 92. Das Absperrventil 56 umfasst mehrere Dichtungen 90, 98, die Undichtigkeiten im Bereich des Ventilkörpers 64 und eines Ventilgehäuses 96 unterbinden und einen Sinterfilter 100, der beispielsweise zu Sicherungszwecken als Zackenring ausgeführt sein kann, im Atembereich des Absperrventils 56, um gleichmäßige Bedingungen beim Schalten des Absperrventils 56 zu ermöglichen. Durch das Vorsehen mehrer Dichtungen 90, 98 und des Sinterfilters 100 ist das Absperrventil 56 zu hundert Prozent wasserdicht und ist damit watfähig. Der Sinterfilter 100 kann insbesondere eine zum Atmen notwendige Entlüftung gegen einen Wassereintritt abdichten. In 2 sind weiterhin eine Strömungsrichtung 66 und eine Ebene 68 senkrecht zur Strömungsrichtung 66 eingezeichnet. Die Strömungsrichtung 66 verläuft parallel zu einer Leitungsachse 80 und einer weiteren Leitungsachse 82, wobei die Leitungsachse 80 im Bereich des Zuflusses des Absperrventils 56 und die weitere Leitungsachse 82 im Bereich des Abschlusses des Absperrventils 56 liegt. Als dritte Achse ist eine Ventilkörperachse 84 eingezeichnet, entlang derer der Ventilkörper 64 axial beweglich gelagert ist. Die Ventilkörperachse 84 ist dabei üblicherweise parallel zu einer die Lage des Ventilsitzes 62 beschreibenden Normalen. Im nicht dargestellten geöffneten Zustand des Absperrventils 56 hebt der Ventilteller 94 von dem Ventilsitz 62 ab, so dass eine Verbindung zwischen dem Zu- und dem Abfluss des Absperrventils 56 hergestellt ist, wobei die Querschnittsfläche der Verbindung aufgrund der Möglichkeit den Ventilteller 94 vollständig aus dem Strömungskanal des Absperrventils 56 herauszufahren groß ist. Dies ist Grundvoraussetzung für den geringen Strömungswiderstand des dargestellten Absperrventils 56 in seinem geöffneten Zustand. Der Öffnungsdruck des Absperrventils 56 ist über eine Einstellschraube 104, die beispielsweise als Teil des Ventilkörpers 64 ausgeführt sein kann, einstellbar und kann in einem Bereich zwischen 5 bar bis zu einem maximalen Betriebsdruck von ungefähr 12 bar reguliert werden. Die dargestellte Ausführungsform des Absperrventils 56 öffnet selbsttätig. Für den Fachmann sind jedoch auch erfindungsgemäße Ausführungsformen offensichtlich, bei denen das Absperrventil 56 durch das Zuführen von Druckluft in den Schaltraum 102 in bekannter Weise fremdgesteuert wird. Weiterhin existieren erfindungsgemäße Ausführungsformen, bei denen ein Öffnungsdruck in dem Schaltraum von dem aus der Strömungsrichtung 66 anströmenden Medium erzeugt wird. Diese Möglichkeit der Selbststeuerung kann insbesondere dann sinnvoll sein, wenn der Winkel zwischen der Strömungsrichtung 66 und der Ventilkörperachse 84 größer als 90° ist, wobei der Ventilteller 94 durch das anströmende Medium auf den Ventilsitz 64 gepresst wird.
3 zeigt eine Außenansicht eines Absperrventils mit angedeuteter Bemaßung. Das in 3 dargestellte Absperrventil 56 stellt eine Außenansicht des in 2 dargstellten geschnittenen Absperrventils dar. An der Außenansicht des Absperrventils 56 sind ein Zuflussdurchmesser 76, ein Abflussdurchmesser 78, ein Versatz 70 zwischen der Leitungsachse 80 und der weiteren Leitungsachse 82, ein Neigungswinkel 74 zwischen der Ventilkörperachse 84 und der weiteren Leitungsachse 82, sowie eine axiale Baulänge 86 und eine transversale Baulänge 88 eingezeichnet. Wird der Neigungswinkel 74 vergrößert, so wächst die transversale Baulänge 88 automatisch an. Wird der Neigungswinkel 74 jedoch sehr klein gewählt, so muss die axiale Baulänge 86 vergrößert werden, da die bislang außerhalb der Leitungsachse 80 und der weiteren Leitungsachse 82 angeordneten Bauteile, insbesondere der in 2 dargestellte Ventilkörper 64, innerhalb eines Druckmittelzu- beziehungsweise Druckmittelabflusses entlang der Leitungsachse 80 beziehungsweise der weiteren Leitungsachse 82 angeordnet und bewegt werden muss. Der Versatz 70 zwischen der Leitungsachse 80 und der weiteren Leitungsachse 82 entsteht durch strömungsmechanische Überlegungen aus dem Wunsch heraus den Strömungswiderstand des Absperrventils 56 in geöffnetem Zustand zu reduzieren.
Durch einen Neigungswinkel von etwa 45° beziehungsweise 135° von der Ventilkörperachse 84 oder dem Ventilsitz zu der weiteren Leitungsachse 82 ist der Bauraum für das Absperrventil 56 insgesamt so klein wie möglich und gewährleistet gleichzeitig minimale Verwirbelungen innerhalb des das Absperrventil 56 durchströmenden Luftstroms.
4 zeigt eine erfindungsgemäße Druckluftaufbereitungsanlage mit selbsttätig öffnendem Absperrventil. Im Unterschied zu 1 ist das in 4 dargestellte Absperrventil 56 nicht fremdgesteuert, so dass ein Öffnen und Schließen in Abhängigkeit von dem anstehenden Druck in der Förderleitung 26 automatisch erfolgt. Die übrigen Funktionen der dargestellten Druckluftaufbereitungsanlage 14 sind dem Fachmann bekannt, so dass auf eine genauere Beschreibung verzichtet werden kann.
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.

3: Ablass
10: Druckluftversorgungsanlage
12: Kompressor
14: Druckluftaufbereitungsanlage
16: Filtereinheit
18: elektronische Steuereinheit
20: erstes 3/2-Wegeventil
22: zweites 3/2-Wegeventil
24: Ventileinrichtung
26: Förderleitung
28: Rückschlagventil
30: Rückschlagventil
32: Steuereingang
34: Drucklufteingang
36: Druckluftbehälter
38: Druckluftbehälter
40: Ablassventil
42: Ablassventil
44: Überströmventil
46: Überströmventil
48: Drucksensor
50: Drucksensor
52: Heizung
54: Sicherheitsventil
56: Absperrventil
58: Ablassventil
60: Druckluftausgang
62: Ventilsitz
64: Ventilkörper
66: Strömungsrichtung
68: Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung
70: Versatz
74: Neigungswinkel
76: Zuflussdurchmesser
78: Abflussdurchmesser
80: Leitungsachse
82: weitere Leitungsachse
84: Ventilkörperachse
86: axiale Baulänge
88: transversale Baulänge
90: Dichtung
92: Schaltfeder
94: Ventilteller
96: Ventilgehäuse
98: weitere Dichtung
100: Sinterfilter
102: Schaltraum
104: Einstellschraube

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005057003 B4 [0002]

Claims

Druckluftaufbereitungsanlage (14), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit – einem Drucklufteingang (34), – einem Druckluftausgang (60), – einer zwischen dem Drucklufteingang (34) und dem Druckluftausgang (60) angeordneten Filtereinheit (16) und – einem in einer Förderphase stromaufwärts der Filtereinheit (16) in einer Förderleitung (26) angeordneten Absperrventil (56) mit einem im geschlossenen Zustand des Absperrventils (56) auf einem Ventilsitz (62) aufsitzenden Ventilkörper (64), dadurch gekennzeichnet, – dass der Ventilsitz (62) des Absperrventils (56) gegenüber der Strömungsrichtung (66) der geförderten Druckluft in einer Förderphase geneigt ist und – dass der Ventilsitz (62) gleichzeitig auch gegenüber der Ebene (68) senkrecht zur Strömungsrichtung (66) der geförderten Druckluft in einer Förderphase geneigt ist.
Druckluftaufbereitungsanlage (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (62) gegenüber der Strömungsrichtung (66) der geförderten Druckluft in einer Förderphase einen Neigungswinkel (74) zwischen 40 und 50° aufweist.
Druckluftaufbereitungsanlage (14) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (62) gegenüber der Strömungsrichtung (66) der geförderten Druckluft in einer Förderphase einen Neigungswinkel (74) von 45° aufweist.
Druckluftaufbereitungsanlage (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (62) gegenüber der Strömungsrichtung (66) der geförderten Druckluft in einer Förderphase einen Neigungswinkel (74) zwischen 130 und 140° aufweist.
Druckluftaufbereitungsanlage (14) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (62) gegenüber der Strömungsrichtung (66) der geförderten Druckluft in einer Förderphase einen Neigungswinkel (74) von 135° aufweist.
Druckluftaufbereitungsanlage (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrventil (56) selbsttätig öffnet oder schließt.
Druckluftaufbereitungsanlage (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrventil (56) fremdgesteuert öffnet oder schließt.