DE102013006861A1

DE102013006861A1 - Kompressorsystem mit Kupplung

Info

Publication number: DE102013006861A1
Application number: DE102013006861.4A
Authority: DE
Inventors: Gergely Bóka; Huba Németh
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Priority date: 2013-04-19
Filing date: 2013-04-19
Publication date: 2014-10-23
Also published as: JP6138342B2; EP2986850A1; CN105121848A; WO2014170298A1; BR112015025782A2; JP2016516935A; EP2986850B1; CN105121848B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kompressorsystem zur Druckluftversorgung eines Nutzfahrzeugs mit einem Kompressor (1), einer Kupplung (2) und einer Hilfsvorrichtung (3), wobei das Kompressorsystem über eine Antriebswelle (4) von dem Antriebsmotor (5) des Nutzfahrzeugs antreibbar ist und der Kompressor (1) durch die Kupplung (2) vollständig von dem Antriebsmotor (5) entkoppelbar ist. Erfindungsgemäß ist koaxial zur Antriebswelle (4) eine Hohlwelle (6) angeordnet, die über die Kupplung (2) mit der Antriebswelle (4) verbindbar ist, um zumindest mittelbar mindestens einen jeweils in einem Zylinder (7a) auf und ab bewegbaren Kolben (8a) des Kompressors (1) anzutreiben.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kompressorsystem zur Druckluftversorgung eines Nutzfahrzeugs mit einem Kompressor, einer Kupplung und einer Hilfsvorrichtung, wobei das Kompressorsystem über eine Antriebswelle von dem Antriebsmotor des Nutzfahrzeugs antreibbar ist und der Kompressor durch die Kupplung vollständig von dem Antriebsmotor entkoppelbar ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Moderne Nutzfahrzeuge weisen verschiedene Teilsysteme auf, die mit Druckluft betrieben werden können. Dazu gehört beispielsweise eine druckluftbetriebene Betriebsbremse und eine Luftfederung. Um die Versorgung dieser Teilsysteme mit Druckluft sicherzustellen, ist normalerweise eine Druckluftversorgungseinrichtung in dem Nutzufahrzeug vorgesehen, die einen Kompressor umfasst. Dieser Kompressor wird mechanisch von einem Antriebsmotor des Nutzufahrzeugs angetrieben. Da der Bedarf an Druckluft innerhalb des Nutzufahrzeugs normalerweise keinen Dauerbetrieb des Kompressors erfordert, kann eine Kupplung zwischen dem Antriebsmotor und dem Kompressor vorgesehen sein, um eine Entkopplung von Kompressor und Antrieb zu ermöglichen. Dies ist wünschenswert, da der Betrieb des Kompressors Energie verbraucht, die eingespart werden kann, wenn keine Druckluft benötigt wird beziehungsweise wenn der vorhandene Druckluftvorrat den Druckluftbedarf der Verbraucher über eine gewisse Zeitspanne decken kann.
Aus dem allgemein bekannte Stand der Technik geht hervor, dass in modernen Nutzfahrzeugen häufig eine Kupplung vorgesehen ist, die zur Energieeinsparung in der Lage ist, den Kompressor vollständig vom Antriebsmotor zu entkoppeln. Bei der herkömmlichen Anordnung der Hydraulikpumpe auf der Abtriebsseite der Kurbelwelle des Kompressors bedeutet dies, dass gleichzeitig mit dem Kompressor auch die Hydraulikpumpe vom Antrieb abgekoppelt wird. Dies führt jedoch dazu, dass beispielsweise keine Lenkunterstützung in Form einer Servolenkung für das Nutzfahrzeug mehr verfügbar wäre. Aus Sicherheitsgründen ist dies jedoch nicht tolerierbar.
Es sind verschiedene Alternativen zur Lösung dieses Problems bekannt. Eine mögliche besteht darin, die Lenkunterstützung zurückzufahren, wenn der Kompressor abgeschaltet ist. Bei dieser Variante wird davon ausgegangen, dass der Kompressor hauptsächlich auf Autobahnen ausgekuppelt werden kann. Auf diesen Strecken ist wegen der geringen Radien der Kurven auch die Lenkunterstützung nicht zwingend erforderlich. Falls jedoch Lenkmanöver, zum Beispiel zum Ausweichen, durchgeführt werden müssen, fehlt die Lenkhilfe und der Kompressor müsste zugeschaltet werden.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Lenkunterstützung rein elektrisch zu betreiben. Es ist dann keine vom Antriebsmotor mechanisch angetriebene Lenkhilfepumpe mehr vorhanden und die Pumpe benötigt einen eigenen Elektromotor. Dies ist prinzipiell realisierbar, aber der Elektromotor muss eine große Leistung von etwa 50 kW erbringen, weshalb zusätzlich auch entsprechend Platz und Gewicht beansprucht würde.
Ferner geht aus der Druckschrift DE 10 2008 003 957 A1 ein Kompressor mit einer Kupplung hervor, die es erlaubt, den Kompressor von einem Antriebsmotor abzukoppeln. Sofern der Kompressor von dem Antriebsmotor entkoppelt wurde, können auch keine Hilfsvorrichtungen, die in Reihe geschaltet sind mit dem Kompressor, betrieben werden.
Aus der Druckschrift DE 10 2009 023 869 A1 geht ein Kompressorsystem und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Kompressorsystems zur Druckluftversorgung eines Nutzfahrzeugs hervor. Das Nutzfahrzeug umfasst einen Antriebsmotor und wird über einen Triebstrang von dem Antriebsmotor angetrieben. Von dem Triebstrang wird über einen Trieb ein Antriebsstrang für das Kompressorsystem abgezweigt, welches einen Kompressor und eine Hilfsvorrichtung, in diesem Fall eine Hydraulikpumpe, umfasst. Das Kompressorsystem wird als Ganzes von dem Antriebsstrang angetrieben, wobei über einen Rädertrieb ein Nebenabtrieb zum Antrieb der Hydraulikpumpe bereitgestellt wird. Zwischen dem Rädertrieb und dem Kompressor ist eine Kupplung angeordnet, die geöffnet beziehungsweise geschlossen werden kann, ohne den Betrieb der Hydraulikpumpe zu beeinflussen. Nachteilig an diesem Kompressorsystem ist, dass es aufgrund des parallelen Aufbaus relativ viel Bauraum in Anspruch nimmt. Ferner beanspruchen der Rädertrieb und der Trieb nicht nur zusätzlichen Bauraum sondern erhöhen auch erheblich das Gewicht des gesamten Kompressorsystems.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kompressorsystem derart weiterzubilden, dass die vollständige Entkopplung des Kompressors von dem Antriebsmotor bei gleichzeitigem Betrieb der Hilfsvorrichtung ohne großen mechanischen Mehraufwand und unter Einsparung von Bauraum und Gewicht möglich ist.
Die Aufgabe wird ausgehend von einem Kompressorsystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den nachfolgenden abhängigen Ansprüchen hervor.
Erfindungsgemäß ist koaxial zur Antriebswelle eine Hohlwelle angeordnet, die über die Kupplung mit der Antriebswelle verbindbar ist, um zumindest mittelbar mindestens einen jeweils in einem Zylinder auf und ab bewegbaren Kolben des Kompressors anzutreiben. Mit anderen Worten erstreckt sich die Antriebswelle durch die Hohlwelle hindurch und treibt die Hilfsvorrichtung, welche vorzugsweise eine Hydraulikpumpe sein kann, an. Somit wird die Hilfsvorrichtung unabhängig von einer Kupplungsstellung von dem Motor über die Antriebswelle angetrieben. Der mindestens eine Kolben des Kompressors ist dem gegenüber über die Kupplung zu oder abschaltbar. Somit ist der Kompressor vollständig vom Antriebsmotor entkoppelbar, wodurch Energie eingespart werden kann. Ferner ist das Kompressorsystem aufgrund des linearen Aufbaus und der koaxialen Wellenanordnung besonders bauraum- und gewichtssparend.
Besonders bevorzugt ist, dass der mindestens eine Kolben über ein an einer Außenumfangsfläche der Hohlwelle angeordnetes zylindrisches, exzentrisches Element angetrieben ist. Dieses zylindrische, exzentrische Element ist vorzugsweise ein Nocken.
Des Weiteren bevorzugt ist, dass das zylindrische, exzentrische Element ein Teil der Hohlwelle ist. Mit anderen Worten, weist die Hohlwelle einzelnen Abschnitt auf, die verglichen mit dem Außenradius der Welle einen größeren Radius und eine exzentrische Geometrie aufweisen.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass das zylindrische, exzentrische Element auf die Hohlwelle aufsteckbar ist. Zwischen dem zylindrischen, exzentrischen Element und der Hohlwelle besteht vorzugsweise eine Presspassung. Es ist jedoch auch denkbar, das zylindrische, exzentrische Element an der Außenumfangsfläche der Hohlwelle zu verkleben oder zu verschweißen.
Besonders bevorzugt ist, dass eine über einen Pleuelzapfen mit dem mindestens einen Kolben verbundene Pleuelstange an dem zylindrischen, exzentrischen Element anliegt. Somit wird eine rotatorische Bewegung der Hohlwelle über das zylindrische, exzentrische Element der daran anliegenden Pleuelstange und dem Pleuelzapfen in eine translatorische Bewegung des mindestens einen Kolbens umgewandelt.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Kompressor mindestens zwei Zylinder mit jeweils einem darin auf und ab bewegbaren Kolben auf, wobei die mindestens zwei Kolben über in Reihe an der Außenumfangsfläche der Hohlwelle angeordnete zylindrische exzentrische Elemente angetrieben sind. Es ist jedoch auch denkbar, Kompressoren mit drei, vier oder mehr als vier Zylindern auf der gleichen Art und Weise anzutreiben wie zuvor beschrieben.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Kompressor mindestens zwei Zylinder mit jeweils einem darin auf und ab bewegbaren Kolben auf, wobei mindestens ein Kolben über ein an der Außenumfangsfläche der Hohlwelle angeordnetes zylindrisches, exzentrisches Element angetrieben ist, und mindestens ein Kolben direkt über die Antriebswelle angetrieben ist. Dazu weist die Antriebswelle an der Stelle, wo die Pleuelstange angreift, vorzugsweise eine Kurbel auf. Dadurch kann die rotatorische Bewegung der Antriebswelle in eine translatorische Bewegung des mindestens einen Kolbens umgewandelt werden.
Es wird weiterhin vorgeschlagen, dass der Kompressor entweder als einstufiger Kompressor, als zweistufiger Kompressor oder als mehrstufiger Kompressor ausgebildet ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kompressorsystems zur Druckluftversorgung eines Nutzfahrzeugs, umfassend einen Kompressor mit einem Kolben,
2 eine schematische Darstellung eines Kompressorsystems, umfassend einen Kompressor mit zwei Kolben, gemäß einer zweiten Ausführungsform, und
3 eine schematische Darstellung eines Kompressorsystems, umfassend einen Kompressor mit zwei Kolben, gemäß einer dritten Ausführungsform.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Das Kompressorsystem nach 1 besteht im Wesentlichen aus einer von einem Antriebsmotor 5 angetriebenen Antriebswelle 4, die eine Hilfsvorrichtung 3 antreibt. Koaxial zur Antriebswelle 4 ist eine Hohlwelle 6 angeordnet, die über eine Kupplung 2 mit der Antriebswelle 4 verbindbar ist. Sobald die die Antriebswelle 4 mit der Hohlwelle 6 verbindende Kupplung geschlossen wird, dreht sich die Hohlwelle 6 nach einer kurzen Anlaufphase mit derselben Geschwindigkeit wie die Antriebswelle 4. Dabei treibt die Hohlwelle 6 über ein an einer Außenumfangsfläche der Hohlwelle 6 angeordnetes zylindrisches, exzentrisches Element 9a und eine daran angeordnete Pleuelstange 11a einen in einem Zylinder 7a auf und ab bewegbaren Kolben 8a an. Der Kolben 8a ist über einen Pleuelzapfen 10 mit der Pleuelstange 11a verbunden.
Gemäß 2 weist das Kompressorsystem einen Kompressor 1 mit zwei Zylindern 7a, 7b auf. In jeden der beiden Zylinder 7a, 7b ist jeweils ein darin auf und ab bewegbarer Kolben 8a, 8b angeordnet, wobei die beiden Kolben 8a, 8b über eine zwei in Reihe an der Außenumfangsfläche der Hohlwelle 6 angeordnete zylindrische, exzentrische Elemente 9a, 9b angetrieben sind. Die zylindrischen, exzentrischen Elemente 9a, 9b sind um 180° zueinander versetzt.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform des Kompressorsystems umfassend einen Kompressor 1 mit zwei Zylindern 7a, 7b. Der eine Kolben 8a ist über ein an der Außenumfangsfläche der Hohlwelle angeordnetes zylindrisches, exzentrisches Element 9a angetrieben. Der andere Kolben 8b ist direkt über die Antriebswelle 4 angetrieben. Dazu weist die Antriebswelle 4 an der Stelle wo die Pleuelstange 11b angreift eine Kurbel 12 auf. Somit wird bei einer geöffneten Kupplungsstellung über die Antriebswelle 4 sowohl die Hilfsvorrichtung 3 als auch der Kolben 8b des Kompressors 1 angetrieben. Der andere Kolben 8a ist über die Kupplung 2 zu oder abschaltbar.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, ein Kompressorsystem, umfassend einen Kompressor 1 mit einer beliebigen Anzahl von Kolben 8 zu verwenden.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend” keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine” oder „ein” keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
Bezugszeichenliste

1: Kompressor
2: Kupplung
3: Hilfsvorrichtung
4: Antriebswelle
5: Antriebsmotor
6: Hohlwelle
7a, 7b: Zylinder
8a, 8b: Kolben
9a, 9b: zylindrisch, exzentrisches Element
10a, 10b: Pleuelzapfen
11a, 11b: Pleuelstange
12: Kurbel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008003957 A1 [0006]
DE 102009023869 A1 [0007]

Claims

Ein Kompressorsystem zur Druckluftversorgung eines Nutzfahrzeugs mit einem Kompressor (1), einer Kupplung (2) und einer Hilfsvorrichtung (3), wobei das Kompressorsystem über eine Antriebswelle (4) von dem Antriebsmotor (5) des Nutzfahrzeugs antreibbar ist und der Kompressor (1) durch die Kupplung (2) vollständig von dem Antriebsmotor (5) entkoppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass koaxial zur Antriebswelle (4) eine Hohlwelle (6) angeordnet ist, die über die Kupplung (2) mit der Antriebswelle (4) verbindbar ist, um zumindest mittelbar mindestens einen jeweils in einem Zylinder (7a) auf und ab bewegbaren Kolben (8a) des Kompressors (1) anzutreiben.
Kompressorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kolben (8a) über ein an einer Außenumfangsfläche der Hohlwelle (6) angeordnetes zylindrisches, exzentrisches Element (9a) angetrieben ist.
Kompressorsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zylindrische, exzentrische Element (9a) ein Teil der Hohlwelle (6) ist.
Kompressorsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zylindrische, exzentrische Element (9a) auf die Hohlwelle (6) aufsteckbar ist.
Kompressorsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine über einen Pleuelzapfen (10a) mit dem mindestens einen Kolben (8a) verbundene Pleuelstange (11a) an dem zylindrisch, exzentrischen Element (9a) anliegt.
Kompressorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (1) mindestens zwei Zylinder (7a, 7b) mit jeweils einem darin auf und ab bewegbaren Kolben (8a, 8b) aufweist, wobei die mindestens zwei Kolben (8a, 8b) jeweils über einen parallel an der Außenumfangsfläche der Hohlwelle (6) angeordnetes zylindrisches, exzentrisches Elemente (9a, 9b) angetrieben sind.
Kompressorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (1) mindestens zwei Zylinder (7a, 7b) mit jeweils einem darin auf und ab bewegbaren Kolben (8a, 8b) aufweist, wobei mindestens ein Kolben (8a) über ein an der Außenumfangsfläche der Hohlwelle (6) angeordnetes zylindrisches, exzentrisches Element (9a) angetrieben ist, und mindestens ein Kolben (8b) über die Antriebswelle (4) angetrieben ist.
Kompressorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (1) entweder als einstufiger Kompressor, als zweistufiger Kompressor oder als mehrstufiger Kompressor ausgebildet ist.