-
Die Erfindung betrifft eine Druckluftversorgungsanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein pneumatisches System und ein Verfahren zum Steuern einer Druckluftversorgungsanlage.
-
Die Druckluftversorgungsanlage weist eine Luftzuführung mit einem Luftverdichter zur Versorgung einer Druckluftzuführung mit Druckluft auf, wobei der Luftverdichter einen Kompressor und einen Elektromotor aufweist. Der Elektromotor ist zum Antreiben des Kompressors ausgebildet. Die Druckluftversorgungsanlage weist auch eine pneumatische Hauptleitung mit einem Lufttrockner und einem Druckluftanschluss zur Versorgung der Pneumatikanlage mit Druckluft. Darüber hinaus weist die Druckluftversorgungsanlage eine Entlüftungsleitung auf mit einem in der Entlüftungsleitung angeschlossene Entlüftungsventil und einen Entlüftungsanschluss zum Ablassen von Luft zur Umgebung auf.
-
Eine Druckluftversorgungsanlage wird regelmäßig mit einem Druckmittel in Form von Druckluft betrieben. Ein Betrieb ist jedoch im Allgemeinen nicht auf einen Betrieb mit Druckmittel in Form von Druckluft beschränkt; grundsätzlich kann eine Druckluftversorgungsanlage auch mit anderen Druckmitteln als Druckluft betrieben werden. Bevorzugt kann eine Druckluftversorgungsanlage in Fahrzeugen aller Art eingesetzt werden zur Versorgung einer Pneumatikanlage eines Fahrzeugs mit Druckluft.
-
Eine Druckluftanlage der Eingangs genannten Art ist in
DE 43 27 764 C2 beschrieben.
-
Eine Hydropneumatische Radaufhängung ist aus
DE 41 38 208 C2 bekannt. Die hydropneumatische Radaufhängung weist zwei hydraulisch zueinander parallel liegende Proportionaldrosselventile auf, die über eine Steuerleitung miteinander verbunden sind.
-
Ein hydropneumatisches Federbein mit innerer Niveauregeleinrichtung zum Anschluss an eine außenliegende Druckluftquelle für Fahrzeuge ist aus
DE 22 30 474 bekannt.
-
DE 1947824 zeigt ein Fliehkraftventil in einer Ausgleichsleitung von Druckluft verdrängenden Federelementen von Kraftfahrzeugen, wobei ein Strömungsfluss in der Ausgleichsleitung mittels einer durch eine Kurvenfliehkraft beweglichen Masse sperrbar ist.
-
Solche und ähnliche Druckluftversorgungsanlagen gemäß dem Stand der Technik weisen beispielsweise praktikable Lösungen zur Entlüftung der jeweiligen pneumatischen Hauptleitung auf, die jedoch mit gewissen Nachteilen behaftet sind. So ist beispielsweise bei elektromagnetisch angesteuerten Entlüftungsventilen stets auch eine entsprechende Treiberstufe sowie eine Ansteuerlogik in einem zugeordneten Steuergerät erforderlich. Je nach Ausbaustufe derselben kann dies erhöhte Kosten bedingen bzw. eine hohe Komplexität des Steuergerätes erfordern.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Druckluftversorgungsanlage, ein pneumatisches System und ein Verfahren zum Steuern einer Druckluftversorgungsanlage anzugeben, die gegenüber dem Stand der Technik verbessert, insbesondere vereinfacht sind. Insbesondere soll eine Druckluftversorgungsanlage, ein pneumatisches System und ein Verfahren zum Steuern einer Druckluftversorgungsanlage angegeben werden, die ein vergleichsweise einfaches Entlüften einer pneumatischen Hauptleitung ermöglichen.
-
Die Aufgabe hinsichtlich der Druckluftversorgungsanlage wird mit einer Druckluftversorgungsanlage des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass bei der eingangs genannten Druckluftversorgungsanlage das Entlüftungsventil mechanisch ansteuerbar ausgebildet ist, wobei die mechanische Ansteuerbarkeit mittels einer mechanischen Koppelstrecke über einen Betrieb des Luftverdichters derart zur Verfügung gestellt ist, dass
- - für den Fall, dass der Luftverdichter die Druckluftzuführung mit Druckluft versorgt, das Entlüftungsventil zum Entlüftungsanschluss geschlossen ist, und
- - für den Fall, dass das Entlüftungsventil nicht angesteuert ist, Druckluft aus der pneumatischen Hauptleitung über das Entlüftungsventil zum Entlüftungsanschluss entweichen kann.
-
Vorzugsweise soll das Entlüftungsventil nur mechanisch ansteuerbar ausgebildet sein. Insbesondere soll für den Fall, dass das Entlüftungsventil nicht mechanisch angesteuert ist, Druckluft aus der pneumatischen Hauptleitung (60) über das Entlüftungsventil zum Entlüftungsanschluss entweichen können.
-
Die Erfindung führt auch auf ein pneumatisches System des Anspruchs 11; dieses weist eine erfindungsgemäße Druckluftversorgungsanlage, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 10, und eine Pneumatikanlage auf. Insbesondere ist diese an dem Druckluftanschluss der Druckluftversorgungsanlage angeschlossen. Das pneumatische System kann entsprechend der oben mit Bezug auf die Druckluftversorgungsanlage beschriebenen Weiterbildungen weitergebildet werden.
-
Die Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens zum Steuern einer Druckluftversorgungsanlage wird mit einem Verfahren des Anspruchs 12 gelöst. Erfindungsgemäß weist das Verfahren zum Steuern einer Druckluftversorgungsanlage die Verfahrensschritte Anlaufen, Verdichten und Entlüften auf, wobei zum Anlaufen vorgesehen ist:
- - Schließen des Entlüftungsventils zum Entlüftungsanschluss, wenn der Luftverdichter anläuft um die Druckluftzuführung mit Druckluft zu versorgen,
- - Schließen des Entlüftungsventils durch rein mechanisches Ansteuern des Entlüftungsventils über den Betrieb des Luftverdichters;
wobei zum Verdichten vorgesehen ist: - - Geschlossenhalten des Entlüftungsventils zum Entlüftungsanschluss, wenn der Luftverdichter die Druckluftzuführung mit Druckluft versorgt;
und wobei zum Entlüften vorgesehen ist: - - Abführen der Druckluft aus der pneumatischen Hauptleitung über das Entlüftungsventil zum Entlüftungsanschluss, wenn das Entlüftungsventil nicht mechanisch angesteuert ist.
-
Die Erfindung hat erkannt, dass es vorteilhaft ist, eine Druckluftversorgungsanlage vorzusehen, deren Entlüftungsventil mechanisch, insbesondere rein mechanisch ansteuerbar ausgebildet ist. Vorteilhaft kann das Entlüftungsventil mittels einer mechanischen Koppelstrecke über einen Betrieb des Luftverdichters rein mechanisch ansteuerbar sein. Durch eine mechanische Ansteuerung des Entlüftungsventils kann auf eine elektromagnetische Ansteuerung gänzlich verzichtet werden, womit auch die mit der elektromagnetischen Ansteuerung verbundenen Nachteile entfallen.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.
-
Das Entlüftungsventil ist vorteilhaft zum Entlüftungsanschluss geschlossen, wenn der Luftverdichter die Druckluftzuführung mit Druckluft versorgt. Eine Druckluft kann aus der pneumatischen Hauptleitung über das Entlüftungsventil zum Entlüftungsanschluss entweichen, wenn das Entlüftungsventil mechanisch nicht angesteuert ist. Dauerhaft geschlossene Ventile können zum Kleben neigen, d. h. ihre eigentliche Schaltfunktion versagt. Darüber hinaus wurde beobachtet, dass dauerhaft geschlossene Entlüftungsventile leicht am Ventilsitz einfrieren, was bei beispielsweise bei einem Nutzfahrzeug zu einem hohen Sicherheitsrisiko führen kann. Ein Kleben des Ventils ist gemäß der Weiterbildung dadurch praktisch ausgeschlossen, dass das Entlüftungsventil nicht dauerhaft geschlossen ist sondern nur zu den kurzen Zeitspannen, in denen es betätigt ist.
-
In einer bevorzugten Weiterbildung weist die mechanische Koppelstrecke einen mit dem Luftverdichter gekoppelten Fliehkraftkörper auf. Der Fliehkraftkörper ist ausgebildet bei ruhendem Luftverdichter eine Ruhelage und bei förderndem Luftverdichter eine Expansionslage einzunehmen. Durch einen Fliehkraftkörper ergibt sich der Vorteil, dass sich das Entlüftungsventil bei einem Kompressoranlauf graduell schließt, was einen schonenden Kompressoranlauf ermöglicht.
-
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, den Fliehkraftkörper auszubilden das Entlüftungsventil derart anzusteuern, dass das Entlüftungsventil zum Entlüftungsanschluss geschlossen ist, wenn der Fliehkraftkörper in Expansionslage ist. Bevorzugt ist das Entlüftungsventil zum Entlüftungsanschluss geöffnet ist, wenn der Fliehkraftkörper in Ruhelage ist. Dadurch ist ein druckloser Kompressoranlauf gewährleistet.
-
Um vorteilhafterweise eine kompakte Druckluftversorgungsanlage bereitzustellen kann der Fliehkraftkörper rotationssymmetrisch ausgebildet sein und/oder koaxial zu einer Antriebsachse des Elektromotors angeordnet sein.
-
Bevorzugt ist der Fliehkraftkörper durch eine Spiralfeder - beispielsweise einer Edelstahl-Spiralfeder o. ä. - gebildet und weist eine äußere Umlauffläche zum Übertragen einer Ventilstellkraft auf. Um Verschleiß zwischen Fliehkraftkörper und einem den Ventilsitz abdichtenden Dichtring zu minimieren, kann die äußere Umlauffläche eine Gleitschicht aufweisen. Bevorzugt weist der Fliehkraftkörper kann einen Dichtring auf, der entlang der äußeren Umlauffläche der Spiralfeder angeordnet ist.
-
Um einen kompakten Fliehkraftkörper zu realisieren und damit dessen rotierende Masse möglichst klein zu halten, kann der Fliehkraftkörper zum Ansteuern des Entlüftungsventils ausgebildet sein, wobei das Ansteuerungsmittel in Form eines Schiebegestänges gebildet ist. Das Entlüftungsventil wird also mittelbar über das Schiebegestänge angesteuert.
-
Im Sinne eines besonders einfachen Aufbaus der Druckluftversorgungsanlage hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Dichtring derart auszubilden, dass der Dichtring einen Ventilsitz des Entlüftungsventils unmittelbar verschließt, wenn der Fliehkraftkörper in Expansionslage ist. Auf ein etwaiges Schiebegestänge kann derart verzichtet werden.
-
Bevorzugt kann das Schiebegestänge ein Dichtelement aufweisen, das ausgebildet ist einen Ventilsitz des Entlüftungsventils unmittelbar zu verschließen, wenn der Fliehkraftkörper in Expansionslage ist. Dies erleichtert den Austausch des Dichtelements bei einem etwaigen Verschleiß.
-
Bevorzugt zu der eben beschriebenen Realisierung der mechanischen Koppelstrecke mittels eines Fliehkraftkörpers, kann eine mechanische Koppelstrecke beispielsweise Teile des Kompressors selbst aufweisen, womit sich eine deutliche konstruktive Vereinfachung der mechanischen Koppelstrecke ergibt.
-
So weist der Kompressor in einer bevorzugten Weiterbildung einen Verdichterraum sowie einen Kompressorkolben mit einem Kolbenboden auf, wobei das Entlüftungsventil mechanisch über den Kompressorkolben in eine Sperrstellung ansteuerbar ist.
-
Bevorzugt weist das Entlüftungsventil einen Steuerstößel zum Ansteuern des Entlüftungsventil auf, wobei der Steuerstößel zumindest soweit in den Verdichterraum der Kompressors hineinragt, dass der Kolbenboden, wenn der Kolben in seinem oberen Totpunkt oder nahe seines oberen Totpunktes ist, an den Steuerstößel anschlägt und damit das Entlüftungsventil in die Sperrstellung betätigt. Bevorzugt ist der Steuerstößel axial zu einer Bewegungsrichtung des Kolbens angeordnet.
-
Im Sinne einer robusten Überführung des Entlüftungsventils in den geöffneten Zustand hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Entlüftungsventil ausgebildet ist, in nicht angesteuertem Zustand selbsttätig von der Sperrstellung in eine Entlüftungsstellung umzuschalten.
-
Das Entlüftungsventil kann eine Schalträgheit aufweisen, die durch den zeitlichen Abstand zwischen Ansteuerungsabfall des Entlüftungsventils und dem Beginn des Umschaltvorgangs definiert ist. Um das Ventil im Verdichterbetrieb sicher geschlossen zu halten ist Schalträgheit des Entlüftungsventils vorteilhafterweise größer als die typische Periodenumlaufdauer des Zylinderkolbens.
-
Konstruktiv einfach kann die selbsttätige Schaltung des Entlüftungsventils von der Sperrstellung in eine Entlüftungsstellung durch eine Rückstellfeder und/oder durch Schwerkraft bewirkt sein.
-
Bevorzugt ist der Kompressor ausgebildet, Druckluft mit einer typischen Periodendauer zu verdichten, wobei die Periodendauer durch den zeitlichen Abstand zweier Kolbendurchläufe durch den oberen Totpunkt des Kolbens definiert ist und wobei die Schalträgheit des Entlüftungsventils größer als die typische Periodendauer des Kompressors ist. Somit kann das Entlüftungsventil während des Betriebs des Luftverdichters besonders zuverlässig geschlossen gehalten werden.
-
Bevorzugt kann eine mechanische Koppelung, die geeignet ist das Entlüftungsventil über einen Betrieb des Luftverdichters rein mechanisch anzusteuern, beispielsweise durch Teile des Verdichtergehäuses selbst bzw. dadurch realisiert werden, dass das Entlüftungsventil in geeigneter Weise auf den Betrieb des Luftverdichters ansprechen kann.
-
So ist in einer bevorzugten Weiterbildung das Entlüftungsventil über einen Einschalt-Lastwechselschlag des Luftverdichters mechanisch in eine Sperrstellung steuerbar. Das Entlüftungsventil kann über einen Ausschalt-Lastwechselschlag des Luftverdichters mechanisch in eine Entlüftungsstellung steuerbar sein. D. h. ein steuern bzw. umsteuern des Entlüftungsventils erfolgt nicht durch zusätzlich am Luftverdichter vorgesehene Kraftübertragungselemente, sondern über einen Impuls, der durch das ohnehin vorhandene Verdichtergehäuse übertragen wird.
-
In einer bevorzugten Weiterbildung weist die Druckluftversorgungsanlage eine Steuereinheit auf, die ausgebildet ist, den Elektromotor des Luftverdichters derart anzusteuern, dass dieser einen Einschalt-Lastwechselschlag mit einer Mindestamplitude und/oder über einen Ausschalt-Lastwechselschlag mit einer Mindestamplitude erzeugt. Unter einer Mindestamplitude ist ein derart „großer“ Lastwechselschlag zu verstehen, der zu einem Umsteuern des Entlüftungsventils führt.
-
Allen vorgeschriebenen Weiterbildungen ist jedenfalls gemein, dass das Entlüftungsventil rein mechanisch angesteuert wird und der Luftverdichter im Verdichterbetrieb das Entlüftungsventil mechanisch geschlossen hält.
-
Bevorzugt wird das Schließen des Entlüftungsventils zum Entlüftungsanschluss dadurch erreicht, dass der Fliehkraftkörper aus der Ruhelage in die Expansionslage überführt wird. Die rotatorische Energie des Elektromotors wird also dazu benutzt den Fliehkraftkörper zu expandieren und dadurch das Entlüftungsventil zu schließen. Ein Öffnen des Entlüftungsventils zum Entlüftungsanschluss kann durch Überführen des Fliehkraftkörpers von der Expansionslage in die Ruhelage erreicht werden.
-
Bevorzugt erfolgt das Ansteuern des Entlüftungsventils in die Sperrstellung mechanisch über den Kompressorkolben. Das Entlüftungsventil kann in die Sperrstellung betätigt werden durch Anschlagen des Steuerstößels durch den Kolbenboden, wenn der Kolben in seinem oberen Totpunkt oder nahe seinem oberen Totpunkt ist.
-
Bevorzugt beginnt das Überführen des Entlüftungsventils in nicht angesteuertem Zustand von der Sperrstellung in die Entlüftungsstellung nach einer Schalträgheit. Um die Entlüftung im Kompressorbetrieb stets geschlossen zu halten, hat es sich als vorteilhaft erwiesen den Kompressors mit einer typischen Periodendauer zu betreiben, wobei die Periodendauer durch den zeitlichen Abstand zweier Kolbendurchläufe durch den oberen Totpunkt des Kolbens definiert ist und wobei die Schalträgheit des Entlüftungsventils größer als die typische Periodendauer ist.
-
Bevorzugt kann ein rein mechanisches Schließen des Entlüftungsventils über einen Einschalt-Lastwechselschlag des Luftverdichters erfolgen. Ein rein mechanisches Öffnen des Entlüftungsventils kann über einen Ausschalt-Lastwechselschlag des Luftverdichters erfolgen. Dies erlaubt eine besonders einfache Verfahrensführung.
-
Bevorzugt erfolgt ein Ansteuern des Elektromotors derart, dass dieser einen Einschalt-Lastwechselschlag mit einer Mindestamplitude und/oder einen Ausschalt-Lastwechselschlag mit einer Mindestamplitude erzeugt.
-
Grundsätzlich lässt sich das Konzept der Erfindung in unterschiedlichsten Ausführungsformen realisieren, von denen einige in der Zeichnung konkret erläutert sind.
-
Ausführungsformen der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung im Vergleich zum Stand der Technik, welcher zum Teil ebenfalls dargestellt ist, beschrieben. Diese soll die Ausführungsformen nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im Folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte Offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Identische oder ähnliche Teile oder Teile identischer oder ähnlicher Funktion sind, dort wo sinnvoll der Einfachheit halber mit einem gleichen Bezugszeichen versehen. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Im Einzelnen ist gezeigt in:
- 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines pneumatischen Systems mit Druckluftversorgungsanlage und Pneumatikanlage am Beispiel einer Luftfederanlage für ein Fahrzeug;
- 2 eine konstruktive Darstellung der ersten Ausführungsform einer Druckluftversorgungsanlage;
- 3 eine Darstellung eines vergrößerten Details der Ausführungsform aus 2;
- 4 eine konstruktive Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Druckluftversorgungsanlage;
- 5 eine konstruktive Darstellung einer dritten Ausführungsform einer Druckluftversorg ungsanlage;
- 5A ein zeitliches Ablaufdiagram zur Darstellung zum Betreiben des Kompressors mit einer typischen Periodendauer;
- 5B ein zeitliches Ablaufdiagramm zur Darstellung einer Schaltträgheit eines Entlüftungsventils;
- 6 eine konstruktive Darstellung einer vierten Ausführungsform einer Druckluftversorgungsanlage;
- 7 eine schematische Darstellung bevorzugten Ablaufs eines Verfahrens zum Steuern einer Druckluftversorgungsanlage.
-
Für ein nicht näher dargestelltes Fahrzeug 1000 weist ein pneumatisches System 100 in 1 eine Druckluftversorgungsanlage 10 und eine Pneumatikanlage 90, in Form einer schematisch angedeuteten Luftfederanlage 1090, auf. Die Pneumatikanlage 90, die Teil eines hier nicht vollständig dargestellten Fahrzeugluftfedersystems ist, weist zwei Balgventile 93 mit dazugehörigen Luftfedern 91 auf. Druckluftversorgungsanlage 10 und Pneumatikanlage 90 sind über eine pneumatische Anschlussleitung 96 miteinander pneumatisch verbunden.
-
Die Druckluftversorgungsanlage 10 weist auch eine Luftzuführung mit einer Druckluftzuführung 1 auf, an die druckluftzuführungsseitig ein Luftverdichter 21 zur Versorgung der Luftzuführung mit Druckluft angeschlossen ist. Der Luftverdichter 21 weist einen Kompressor 21.2 und einen Elektromotor 21.1 auf, wobei der Elektromotor 21.1 zum Antreiben des Kompressors 21.2 ausgebildet und mechanisch an den Kompressor 21.2 angekoppelt ist. Der Luftverdichter 21 ist ansaugseitig über eine Ansaugleitung 20 mit einem Ansauganschluss 0 verbunden. Zwischen Ansauganschluss 0 und Kompressor 21.2 ist ein Luftfilter 0.1 angeordnet.
-
Die Druckluftversorgungsanlage 10 weist ferner einen Druckluftanschluss 2 zur Versorgung der Pneumatikanlage 90 mit Druckluft auf, sowie eine pneumatische Hauptleitung 60 mit einem darin angeschlossenen Lufttrockner 61. Die pneumatische Hauptleitung 60 verläuft zwischen Druckluftzuführung 1 und Druckluftanschluss 2. Zwischen Lufttrockner 61 und Druckluftanschluss 2 ist eine Hauptdrossel 64 in der pneumatischen Hauptleitung 60 angeschlossen.
-
Ebenfalls Teil der Druckluftversorgungsanlage 10 ist eine Entlüftungsleitung 70, die vorliegend von der pneumatische Hauptleitung 60 an der Druckluftzuführung 1 abzweigt. Die Entlüftungsleitung 70 weist ein Entlüftungsventil 71 und einen Entlüftungsanschluss 3 zum Ablassen von Luft zur Umgebung auf. Die Entlüftungsleitung 70 weist außerdem eine Entlüftungsdrossel 74 auf, die zwischen Druckluftzuführung 1 und Entlüftungsventil 71 angeordnet ist. Zwischen Entlüftungsventil 71 und Entlüftungsanschluss 3 ist ein Rückstoßventil 72 angeordnet, das ein Eindringen von Feuchtigkeit und/oder in Richtung des Entlüftungsventils 71 verhindert. Das Rückstoßventil 72 ist optional.
-
Das Entlüftungsventil 71 in 1 weist einen mechanischen Ventilsteueranschluss 71 s auf, über den das Entlüftungsventil 71 mechanisch ansteuerbar ist. Der Luftverdichter 21 weist einen entsprechenden mechanischen Steuerausgang 21.8, der über eine mechanische Koppelstrecke 80 mit dem mechanischen Ventilsteueranschluss 71s des Entlüftungsventils 71 verbunden ist. Steuerausgang 21.8 und Ventilsteueranschluss 71 s sind über die Koppelstrecke 80 derart miteinander verbunden, dass das Entlüftungsventil 71 mechanisch über einen Betrieb des Luftverdichters 21 mechanisch ansteuerbar ist. Dabei ist die mechanische Ansteuerung derart ausgebildet, dass das Entlüftungsventil 71 zum Entlüftungsanschluss 3 geöffnet ist, wenn der Luftverdichter 71 in Ruhe ist, d. h. die Druckluftzuführung 1 nicht mit Druckluft versorgt. Druckluft aus der pneumatischen Hauptleitung 60 kann über das Entlüftungsventil 71 zum Entlüftungsanschluss 3 entweichen, wenn das Entlüftungsventil 71 nicht mechanisch angesteuert ist. Des Weiteren ist die mechanische Ansteuerung derart ausgebildet, dass das Entlüftungsventil 71 zum Entlüftungsanschluss 3 geschlossen ist, wenn der Luftverdichter 21 die Druckluftzuführung 1 mit Druckluft versorgt.
-
Eine Möglichkeit der konstruktiven Ausgestaltung der mechanischen Koppelstrecke 80 soll nun mit Bezug auf 2 und 3 näher erläutert werden. 2 zeigt zunächst einen Ausschnitt einer Druckluftversorgungsanlage 10 mit einem Kompressor 21.2, der über eine rotatorische Antriebsachse 21.1' mit einem Elektromotor 21.1 mechanisch verbunden und antreibbar ist. Der Kompressorkolben 21.3 wird über eine Pleuelstange 21.6 bewegt, die wiederum durch die Antriebsachse 21.1' antreibbar ist.
-
Die Druckluftversorgungsanlage 10 weist einen Fliehkraftkörper 81 auf, der rotationssymmetrisch ausgebildet und koaxial zu der Antriebsachse 21.1' des Elektromotors 21.1 angeordnet ist. In Verlängerung der radialen Erstreckung des Fliehkraftkörpers 81 ist das Entlüftungsventil 71 angeordnet. 2 zeigt den Luftverdichter 21 in Ruhe. Dementsprechend ist auch der Fliehkraftkörper 81 nicht in Rotation und in seiner Ruhelage R befindlich - das Entlüftungsventil 71 ist zum Entlüftungsanschluss 3 geöffnet.
-
Wird der Fliehkraftkörper 81 in Rotation versetzt, so nimmt er eine Expansionslage E ein, wobei das das Entlüftungsventil 71 zum Entlüftungsanschluss 3 geschlossen wird.
-
Das Zusammenspiel von Fliehkraftkörper 81 und das Entlüftungsventil 71 wird nun mit Bezug auf 3 näher erläutert, die einen rotationssymmetrisch aufgebauten Fliehkraftkörper 81 an einem Ventilsitz 78 zeigt. Der Fliehkraftkörper 81 in 3 ist als Spiralfeder 82, 82' ausgebildet; dargestellt sind die Schnittflächen (Schraffur bei 82, 82') des Fliehkraftkörpers 81. In Verlängerung der radialen Erstreckung des Fliehkraftkörpers 81 ist ein Dichtring 85 zwischen Fliehkraftkörpers 81 und Ventilsitz 78 des Entlüftungsventils 71 angeordnet. Der Dichtring 85 dient dem Verschluss des Entlüftungsventils 71 im angesteuerten Zustand. Der Fliehkraftkörper 81 weist wiederum an seiner Umlauffläche 83 eine, nicht näher dargestellte, Gleitschicht 83' auf, die zum einen zum Übertragen einer Ventilstellkraft F vom Fliehkraftkörper 81 auf den Dichtring 85, der entlang der äußeren Umlauffläche 83 angeordnet ist, in radialer Richtung bestimmt ist. Genauer gesagt, presst der in Expansionslage E befindliche Fliehkraftkörper 81 den Dichtring in den Ventilsitz 78 und verschließt so das Entlüftungsventil 71. Gleichzeitig vermindert die Gleitschicht 83' der Umlauffläche 83 eine Reibung in tangentialer Richtung die dadurch entsteht, dass der rotierende Fliehkraftkörper 81 gegen den rotationsstarren Dichtring 85 bewegt wird.
-
Eine bevorzugte konstruktive Ausgestaltung der mechanischen Koppelstrecke 80 ist in 4 gezeigt. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 2 ist als unmittelbares Ansteuermittel des Entlüftungsventils 71 nicht der Fliehkraftkörper 81 selbst, sondern ein gesondertes Schiebegestänge 89 vorgesehen. Das Schiebegestänge 89 weist auf seiner dem Entlüftungsventil 71 zugewandten Seite ein Dichtelement 88 auf, das ausgebildet ist, den Ventilsitz 78 des Entlüftungsventils 71 unmittelbar zu verschließen, wenn der Fliehkraftkörper 81 - so gezeigt in 4 - in Expansionslage E ist. Durch die Expansion des Fliehkraftkörpers 81 wird eine Radialkraft vom Fliehkraftkörper 81 auf das Schiebegestänge 89 übertragen, wodurch das Dichtelement 88 auf den Ventilsitz 78 gepresst wird. Nimmt der Fliehkraftkörper 81 seine Ruhelage R ein, so wird eine geringere bzw. keine Radialkraft vom Fliehkraftkörper 81 auf das Schiebegestänge 89 übertragen, wodurch das Schiebegestänge 89 - durch Schwerkraftwirkung und eine optionale Rückstellfederkraft - in seine ursprüngliche Stellung zurückbewegt wird und somit das Dichtelement 88 den Ventilsitz 78 des Entlüftungsventils 71 freigibt, d. h. das Entlüftungsventil 71 wird öffnet.
-
Eine dritte Ausführungsform einer Druckluftversorgungsanlage 10 ist in 5 gezeigt. Der Kompressor 21.2 der Druckluftversorgungsanlage 10 weist einen Verdichterraum 21.5 sowie einen Kompressorkolben 21.3 mit einem Kolbenboden 21.4 auf. Das Entlüftungsventil 71 ist in Verlängerung des Kompressorkolbens 21.3 im Kompressorgehäuse angeordnet und mechanisch über den Kompressorkolben 21.3 in eine Sperrstellung SS ansteuerbar. Konkret ist in 5 das Entlüftungsventil 71 in Sperrstellung SS befindlich, d. h. kein Druckluft kann über den Entlüftungsanschluss 3 entweichen.
-
In 5 weist das Entlüftungsventil 71 einen Steuerstößel 71' zum Ansteuern des Entlüftungsventil 71 auf. Der Steuerstößel 71' ragt soweit in den Verdichterraum 21.5 des Kompressors 21.2 hinein, dass der Kolbenboden 21.4 --wenn der Kompressorkolben 21.3 in seinem oberen Totpunkt OT oder nahe seines oberen Totpunktes OT ist-- an den Steuerstößel 71' anschlägt und damit das Entlüftungsventil 71 in die Sperrstellung SS betätigbar ist.
-
Das Entlüftungsventil 71 ist ausgebildet, in nicht angesteuertem Zustand, d. h. wenn der Kompressorkolben 21.3 nicht in seinem oberen Totpunkt OT oder nicht nahe seines oberen Totpunktes OT ist, selbsttätig von der Sperrstellung SS in eine Entlüftungsstellung ES umzuschalten. Da der Kompressorkolben 21.3 nach Abschaltung des Elektromotors 21.1 praktisch niemals im oberen Totpunkt OT zum Stehen kommt, ist eine Entlüftung unmittelbar nach Abschaltung des Elektromotors 21.1 immer gewährleistet. Vorliegend ist das Entlüftungsventil 71 in einer Entlüftungsstellung ES und (gestrichelt) mit einer Sperrstellung SS dargestellt, wobei eine Rückstellfeder 75 erkennbar ist, die --wenn auch als relative schwache Feder ausgeführt -- das Entlüftungsventil 71 immer wieder in eine definierte, hier offene, Ausgangsstellung bringt. Das Entlüftungsventil 71 ist ausgebildet, aufgrund der Schwerkraftwirkung SK selbsttätig in die Entlüftungsstellung ES zurückzufallen und damit den Entlüftungsanschluss 3 zur Umgebung zu öffnen. Im unbetätigten Zustand ist also ein Entlüftungskanal 76 offen (Entlüftungsstellung ES) und in einem betätigten Zustand (Sperrstellung SS) ist der Entlüftungskanal 76 geschlossen.
-
Der Kompressor 21.2 ist wiederum ausgebildet eine Druckluft mit einer typischen Periodendauer P zu verdichten, wobei die Periodendauer P durch den zeitlichen Abstand zweier Kolbendurchläufe durch den oberen Totpunkt OT des Kompressorkolbens 21.3 definiert ist. Wie aus 5 ersichtlich, kann eine Schaltträgheit des Entlüftungsventils 71 beispielsweise durch das Vorsehen eines Dämpfungselements 75D (symbolisch gezeigt) am Entlüftungsventil 71 eingestellt sein. Die Schalträgheit T1 des Entlüftungsventils 71 ist dabei zeitlich größer als die typische Periodendauer P des Kompressors 21.2. Eine typische Periodendauer P beträgt beispielsweise 0,022 Sekunden (ca. 45 Hz). Die Periodendauer P des Kompressors 21.2 wird im Folgenden mit Bezug zu 5A, die Schalträgheit T1 des Entlüftungsventils 71 mit Bezug zu 5B näher erläutert.
-
Bei dem zeitlichen Ablaufdiagram in 5A repräsentiert die Ordinatenachse den Hub des Kompressorkolbens 21.3 (nicht gezeigt), wobei auf der Ordinatenachse der obere Totpunkt OT angetragen und zur Verdeutlichung als horizontale gestrichelte Line verlängert ist. Die Abszissenachse repräsentiert die Zeit t, wobei mit OT 1 und OT 2 zwei aufeinanderfolgende Kolbendurchläufe durch den oberen Totpunkt OT auf die Abszissenachse projiziert sind (angedeutet durch die zwei vertikalen gestrichelten Linien.) Der zeitliche Abstand TA der Kolbendurchläufe OT1, OT2 durch den oberen Totpunkt OT definiert die Periodendauer P, mit der die Druckluft verdichtet wird.
-
Bei dem zeitlichen Ablaufdiagram in 5B repräsentiert die Ordinatenachse die Schaltstellung des (nicht gezeigten) Entlüftungsventils 71. Auf der Ordinatenachse ist, dem Ursprung näher, die Sperrstellung SS des Entlüftungsventils 71 (nicht gezeigt) angetragen. Ebenfalls auf der Ordinatenachse gekennzeichnet ist die Entlüftungsstellung ES des (nicht gezeigten) Entlüftungsventils 71. Zur Verdeutlichung sind die Sperrstellung SS und ist die Entlüftungsstellung ES jeweils als horizontale gestrichelte Line verlängert. Eine Schaltstellung zwischen den beiden horizontalen gestrichelten Linien bedeutet einen Übergangszustand des (nicht gezeigten) Entlüftungsventils 71 zwischen Sperrstellung SS und Entlüftungsstellung ES. Die Abszissenachse repräsentiert die Zeit t. Die Schaltträgheit T1 ist auf der Abszissenachse angetragen und bedeutet den zeitlichen Abstand zwischen dem Zeitpunkt t1 des Ansteuerungsabfall des (nicht gezeigten) Entlüftungsventils 71 und dem Zeitpunkt t2 des Beginns des Umschaltvorgangs, in diesem Fall von der Entlüftungsstellung ES in Sperrstellung SS. Beträgt eine typische Periodendauer P beispielsweise 0,022 Sekunden (ca. 45 Hz), so kann die Schaltträgheit beispielsweise 1 Sekunde betragen. Die beiden Achsen t in 5A und t' in 5B sind nicht gleich skaliert.
-
Eine vierte Ausführungsform einer Druckluftversorgungsanlage 10 ist in 6 gezeigt. Die Druckluftversorgungsanlage 10 weist ebenfalls einen Elektromotor 21.1 mit einer Antriebsachse 21.1' auf, der einen Kompressor 21.2 antreibt. Oberhalb des Kompressorkolbens 21.3 ist neben einer als Entlüftungskanal ausgebildeten Entlüftungsleitung ein Entlüftungsventil 71 im Verdichtergehäuse 21.8 angeordnet. Das Entlüftungsventil 71 ist vorliegend lediglich schematisch gezeigt, wobei es mit gleicher Funktionalität in unterschiedlicher konstruktiver Auslegung realisiert sein kann. Die Funktionalität ist derart, dass für den Fall, dass das Entlüftungsventil 71 geöffnet ist Druckluft über den Entlüftungsanschluss 3 entweichen kann.
-
Wie aus 6 ersichtlich ist kein bewegliches Kraftübertragungselement zwischen Kompressor 21.2 und dem Entlüftungsventil 71, bzw. kein bewegliches Kraftübertragungselement zwischen Elektromotor 21.1 und dem Entlüftungsventil 71 vorgesehen. Das Entlüftungsventil 71 ist vielmehr über einen Einschalt-Lastwechselschlag L (symbolisch angedeuteter Impuls auf das Kompressorgehäuse 21.8) des Luftverdichters 21 mechanisch in eine Sperrstellung steuerbar. Umgekehrt kann das Entlüftungsventil 71 über einen Ausschalt-Lastwechselschlag L' (symbolisch angedeuteter umgekehrter Impuls auf das Kompressorgehäuse 21.8) des Luftverdichters 21 mechanisch in die Entlüftungsstellung gebracht werden. Der Einschalt-Lastwechselschlag L weist eine Mindestamplitude AL, der Ausschalt-Lastwechselschlag L' eine Mindestamplitude AL' auf (symbolisch angedeutete durch Schlagwellen am Kompressorgehäuse 21.8).
-
Entsprechend weist die Druckluftversorgungsanlage 10 eine Steuereinheit 21.9 auf, die ausgebildet ist den Elektromotor 21.1 des Luftverdichters 21 derart anzusteuern, dass dieser einen Einschalt-Lastwechselschlag L mit einer Mindestamplitude AL und/oder über einen Ausschalt-Lastwechselschlag L' mit einer Mindestamplitude AL' erzeugt. Die besagte Steuereinheit 21.9 ist nicht notwendigerweise zusätzlich zu einer möglicherweise bereits vorhandenen Ansteuerelektronik des Elektromotors 21.1 vorzusehen. Vielmehr kann die Funktionalität der Steuereinheit 21.9 auch in eine vorhandene Ansteuerelektronik des Elektromotors 21.1 integriert sein.
-
Eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Steuern einer Druckluftversorgungsanlage ist in 7 gezeigt. Ein Verfahren zum Steuern einer Druckluftversorgungsanlage weist einen einem Anlaufschritt S1, einem Verdichterschritt S2 und einem Entlüftungsschritt S3 auf.
-
In einem ersten Verfahrensschritt, hier Anlauf S1, wird das Entlüftungsventil zum Entlüftungsanschluss geschlossen, wenn der Luftverdichter anläuft um die Druckluftzuführung mit Druckluft zu versorgen. Das Schließen des Entlüftungsventils erfolgt durch rein mechanisches Ansteuern des Entlüftungsventils über den Betrieb des Luftverdichters. Gleichsam wird durch diesen ersten Verfahrensschritt S1 ein druckloser Anlauf des Kompressors gewährleistet. Beispielsweise kann der den Kompressor antreibende Elektromotor mit einem Strom beaufschlagt werden, wodurch der Elektromotor in Rotation versetzt und ein Fliehkraftkörper aus der Ruhelage in die Expansionslage überführt wird. Dadurch wird das Entlüftungsventil zum Entlüftungsanschluss - rein mechanisch - durch den Betrieb des Luftverdichters geschlossen.
-
In einem zweiten Verfahrensschritt, hier Verdichten S2, wird das Entlüftungsventil zum Entlüftungsanschluss geschlossen gehalten, wenn der Luftverdichter die Druckluftzuführung mit Druckluft versorgt. Beispielsweise kann der Fliehkraftkörper anhaltend in seiner Expansionslage gehalten werden, so dass der Kompressor nunmehr eine mit der der Druckluftversorgungsanlage pneumatische Pneumatikanlage mit Druckluft befüllt.
-
In einem dritten Verfahrensschritt, Entlüften S3, wird Druckluft DL aus der pneumatischen Hauptleitung über das Entlüftungsventil zum Entlüftungsanschluss abgeführt, wenn das Entlüftungsventil nicht mechanisch angesteuert ist. Beispielsweise kann der den Kompressor antreibende Elektromotor stromlos geschaltet werden, wodurch Fliehkraftkörper aus der Expansionslage in die Ruhelage zurückgeführt und das Entlüftungsventil zum Entlüftungsanschluss - rein mechanisch - geöffnet wird. Die Druckluft entweicht aus der pneumatischen Hauptleitung und aus der angeschlossenen Pneumatikanlage über das Entlüftungsventil zum Entlüftungsanschluss.
-
Bezugszeichenliste
-
- 0
- Ansauganschluss
- 0.1
- Luftfilter
- 1
- Druckluftzuführung
- 2
- Druckluftanschluss
- 3
- Entlüftungsanschluss
- 10
- Druckluftversorgungsanlage
- 20
- Ansaugleitung
- 21
- Luftverdichter
- 21.1
- Elektromotor
- 21.1'
- Antriebsachse
- 21.2
- Kompressor
- 21.3
- Kompressorkolben
- 21.4
- Kolbenboden
- 21.5
- Verdichterraum
- 21.6
- Pleuelstange
- 21.8
- Steuerausgang
- 21.9
- Steuereinheit
- 60
- Hauptleitung
- 61
- Lufttrockner
- 64
- Hauptdrossel
- 70
- Entlüftungsleitung
- 71
- Entlüftungsventil
- 71'
- Steuerstößel
- 71s
- Ventilsteueranschluss
- 72
- Rückstoßventil
- 74
- Entlüftungsdrossel
- 75
- Rückstellfeder
- 75D
- Dämpfungselement
- 76
- Entlüftungskanal
- 78
- Ventilsitz
- 80
- Koppelstrecke
- 81
- Fliehkraftkörper
- 82, 82'
- Spiralfeder
- 83
- Umlauffläche
- 83'
- Gleitschicht
- 85
- Dichtring
- 88
- Dichtelement
- 89
- Schiebegestänge
- 90
- Pneumatikanlage
- 91
- Luftfeder
- 93
- Balgventil
- 96
- Anschlussleitung
- 100
- pneumatisches System
- S1, S2, S3
- erster, zweiter, dritter Verfahrensschritt
- E
- Expansionslage
- ES
- Entlüftungsstellung
- F
- Ventilstellkraft
- OT
- oberer Totpunkt
- OT1, OT2
- zwei aufeinanderfolgende Kolbendurchläufe durch den oberen Totpunkt
- L
- Einschalt-Lastwechselschlag
- L'
- Ausschalt-Lastwechselschlag
- AL
- Mindestamplitude Einschalt-Lastwechselschlag L
- AL'
- Mindestamplitude Ausschalt-Lastwechselschlag L'
- P
- Periodendauer
- R
- Ruhelage
- SS
- Sperrstellung
- SK
- Schwerkraftwirkung
- T1
- Schaltträgheit
- t, t'
- Zeit
- t1
- Zeitpunkt des Ansteuerungsabfalls
- t2
- Zeitpunkt des Beginns des Umschaltvorgangs
- TA
- zeitliche Abstand der Kolbendurchläufe
- 1000
- Fahrzeug
- 1090
- Luftfederanlage
