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Die vorliegende Erfindung betrifft eine geschlossene Niveauregelanlage für ein Kraftfahrzeug mit einem Luftspeicher, einer Vielzahl von Luftfedern, einer Luftablassleitung, einer Lufteinlassleitung, einer Verdichtereinheit und einem die einzelnen Komponenten miteinander verbindenden Druckluftleitungssystem.
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Eine geschlossene Niveauregelanlage bzw. ein geschlossenes Luftfedersystem ist u.a. dadurch gekennzeichnet, dass sie bzw. es zum Heben und Senken des Fahrzeuges die Luft zwischen einem Luftspeicher (Vorratsbehälter) und den Luftfedern (Luftfederbälgen) hin und her pumpt. Trotzdem kommt es je nach Fahrbetrieb und Fahrzeug zu einem großen Anteil an offenem Betrieb (Leckageausgleich, Anpassung von Luftbändern etc.).
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Die Verdichterauslegung für eine geschlossene Niveauregelanlage unterliegt damit einem gewissen Kompromiss, und man trifft dabei auf gegensätzliche Anforderungen an den Verdichter.
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Einerseits muss der Verdichter offen (aus dem Umgebungsdruck) arbeiten, wie beispielsweise bei der Systembefüllung, Luftmengenanpassung oder Regeneration. Hierzu ist eine hohe Leistungsfähigkeit des Verdichters erforderlich. Andererseits führt eine solche hohe Leistungsfähigkeit des Verdichters zu einer starken Belastung und infolgedessen zu einem hohen Stromverbrauch im geschlossenen Betrieb (Betrieb mit Vordruck).
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Bekannt ist die Verwendung eines einstufigen Verdichters für eine solche geschlossene Niveauregelanlage, der für den geschlossenen Betrieb eine hohe Förderleistung mit einem relativ hohen Stromverbrauch hat und für den offenen Betrieb eine eher schwache Förderleistung besitzt. Diese Kompromissleistung ist verbesserungswürdig.
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Aus der
DE 10 2011 083 614 A1 ist ein Niveauregelanlage für ein Fahrzeug bekannt, bei welcher ein zweiter Verdichter dazu ausgebildet ist im Betriebsmodus einer offenen Luftversorgung aus der Umgebung angesaugte Luft auf ein erstes Druckniveau zu verdichten und diese verdichtete Luft durch einen Lufttrockner in einen ersten Verdichter als getrocknete Luft auf ein zweites höheres Druckniveau zu verdichten. Im geschlossenen Luftversorgungbetrieb ist jedoch nur der erste Verdichter im Einsatz.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine geschlossene Niveauregelanlage der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die einen besonders einfachen und kostengünstigen Aufbau und eine kostengünstige Betriebsweise aufweist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer geschlossenen Niveauregelanlage der angegebenen Art dadurch gelöst, dass die Verdichtereinheit je Regelrichtung (Fahrzeug heben oder senken) einen Verdichter aufweist, wobei im geschlossenen Betrieb jeweils nur ein Verdichter für die jeweilige Regelrichtung verwendet wird, während im offenen Betrieb beide Verdichter parallel oder zweistufig betrieben werden.
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Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird für die gefragte Regelrichtung im geschlossenen Betrieb nur einer der beiden vorgesehenen Verdichter verwendet. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, diesen Verdichter wesentlich besser auf die benötigte Leistung im geschlossenen Betrieb auszulegen und auch einen günstigeren Antriebsmotor zu verwenden.
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Für den offenen Betrieb werden dann beide Verdichter parallel oder zweistufig betrieben und haben dann gemeinsam die für diese Betriebsart gefragte höhere Verdichterleistung.
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Die erfindungsgemäß ausgebildete Niveauregelanlage besitzt einen einfachen Aufbau mit entsprechenden Kostenvorteilen. Der entsprechende Auslegungskompromiss zwischen offenem und geschlossenem Betrieb kann optimiert werden, wobei insbesondere eine Leistungsbegrenzung eingespart werden kann.
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Vorzugsweise weisen beide Verdichter einen einzigen Antriebsmotor auf. Hierdurch werden besondere Konstruktions- und Betriebsvorteile erreicht.
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Ein Leistungsbegrenzungsventil kann bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Niveauregelanlage entfallen, welches die überschüssige pneumatische Leistung im geschlossenen Betrieb sonst nachträglich vernichten muss.
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Bei einer speziellen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung läuft im geschlossenen Betrieb der gerade nichtverwendete Verdichter im offenen Betrieb mit. Da die Volumenströme im geschlossenen Betrieb wesentlich höher sind und in der Regel nur über eine kurze Zeit andauern, hat dies eine vernachlässigbare Relevanz.
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Vorzugsweise ist die Anlage hier so aufgebaut, dass diese so gewonnene Luft immer durch einen Lufttrockner geleitet wird. Diese Überfüllung wird dazu genutzt, den Lufttrockner zu regenerieren und die Systemfeuchte auf einem stabilen geringen Niveau zu halten.
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Bei einer anderen Variante der Erfindung ist im geschlossenen Betrieb der gerade nichtverwendete Verdichter kurzgeschlossen und läuft unter Druck mit. Die Druckkräfte bilden dabei ein Stützmoment, so dass ein von der Bauart her kleinerer (günstigerer) Antriebsmotor verwendet werden kann.
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Der gesamte Aufbau ist entsprechend leistungsoptimiert, einfach und kostengünstig. Auf eine Umschalteinheit kann verzichtet werden, und der Aufbau kann durchgängig mit 2/2-Wegeventilen realisiert werden.
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Was die konstruktive Ausgestaltung der erfindungsgemäß ausgebildeten geschlossenen Niveauregelanlage betrifft, so weist diese vorzugsweise eine erste Druckluftleitung auf, die vom Luftspeicher über einen ersten Verdichter und ein erstes Wegeventil zu den Luftfedern führt, sowie eine zweite Druckluftleitung, die über ein zweites Wegeventil und einen zweiten Verdichter zu den Luftfedern führt. Je nach Betrieb in Luftfederrichtung oder in Speicherrichtung wird dann im geschlossenen Betrieb nur ein Verdichter betätigt. Im offenen Betrieb können beide Verdichter parallel oder zweistufig betrieben werden.
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In weiterer Ausbildung zweigt von der ersten Druckluftleitung eine den ersten Verdichter umgehende und ein drittes Wegeventil aufweisende Umgehungsleitung ab. Um einen offenen Betrieb zu ermöglichen, zweigt von der ersten und zweiten Druckluftleitung jeweils eine Lufteinlassleitung ab.
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Bei einer weiteren Ausführungsform zweigt von der zweiten Druckluftleitung eine den zweiten Verdichter umgehende und ein viertes Wegeventil aufweisende Umgehungsleitung ab. Auf diese Weise kann ein im geschlossenen Betrieb gerade nichtbenötigter und mitlaufender Verdichter kurzgeschlossen werden, anstatt ihn im offenen Betrieb laufen zu lassen.
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Bei noch einer anderen Ausführungsform wird im geschlossenen Betrieb der gerade nichtbenötigte und mitlaufende Verdichter ebenfalls kurzgeschlossen. Im offenen Betrieb werden dann jedoch die Verdichter zweistufig hintereinandergeschaltet.
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In der ersten Druckluftleitung zwischen erstem Verdichter und Luftspeicher kann erfindungsgemäß ein fünftes Wegeventil angeordnet sein, um die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen zu realisieren.
Bei noch einer anderen Ausführungsform zweigt von der ersten Druckluftleitung eine den ersten Verdichter umgehende und ein Überdruckventil aufweisende Umgehungsleitung ab. Hierbei erfolgt ein Kurzschließen des im geschlossenen Betrieb gerade nichtbenötigten und mitlaufenden Verdichters durch ein Überdruckventil.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
- 1 ein Pneumatikschaltbild einer ersten Ausführungsform einer Niveauregelanlage in Grundstellung;
- 2 ein Pneumatikschaltbild der ersten Ausführungsform im geschlossenen Betrieb in Luftfederrichtung;
- 3 ein Pneumatikschaltbild der ersten Ausführungsform im geschlossenen Betrieb in Luftspeicherrichtung;
- 4 ein Pneumatikschaltbild der ersten Ausführungsform im offenen Betrieb;
- 5 ein Pneumatikschaltbild einer zweiten Ausführungsform in Grundstellung;
- 6 ein Pneumatikschaltbild der zweiten Ausführungsform im geschlossenen Betrieb in Luftfederrichtung;
- 7 ein Pneumatikschaltbild der zweiten Ausführungsform im geschlossenen Betrieb in Luftspeicherrichtung;
- 8 ein Pneumatikschaltbild der zweiten Ausführungsform im offenen Betrieb;
- 9 ein Pneumatikschaltbild einer dritten Ausführungsform in Grundstellung;
- 10 ein Pneumatikschaltbild der dritten Ausführungsform im geschlossenen Betrieb in Luftspeicherrichtung;
- 11 ein Pneumatikschaltbild der dritten Ausführungsform im geschlossenen Betrieb in Luftfederrichtung;
- 12 ein Pneumatikschaltbild der dritten Ausführungsform im offenen Betrieb; und
- 13 ein Pneumatikschaltbild einer vierten Ausführungsform in Grundstellung.
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Die in 1 dargestellte erste Ausführungsform einer geschlossenen Niveauregelanlage für ein Kraftfahrzeug besitzt vier Luftfedern 19, die mit entsprechenden Bälgen ausgerüstet sind. Jeder Luftfeder 19 ist ein Wegeventil 17 zugeordnet. Ferner ist eine Druckmesseinrichtung 18 vorgesehen. Diese Komponenten sind über eine erste Druckluftleitung 7 mit einem Luftspeicher 1 verbunden. In der ersten Druckluftleitung 7 befindet sich ein erster Verdichter 9 einer Verdichtereinheit, die ferner einen zweiten Verdichter 10 aufweist. Beide Verdichter 9 und 10 sind über einen gemeinsamen Motor 11 angetrieben.
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Eine zweite Druckluftleitung 8 zweigt von der ersten Druckluftleitung 7 ab und ist über den zweiten Verdichter 10 zu den Luftfedern 19 geführt.
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Ferner befinden sich in der ersten Druckluftleitung 7 in der Reihenfolge vom Luftspeicher 1 zu den Luftfedern 19 nach dem Abzweigungspunkt der zweiten Druckluftleitung 8 eine Drossel 3 mit ein Rückschlagventil aufweisender Umgehungsleitung 4, ein Lufttrockner 2, eine Abzweigstelle für eine Luftablassleitung 5 mit Wegeventil 6 sowie eine Abzweigstelle für eine Umgehungsleitung 12 für den ersten Verdichter 9, in der ein drittes Wegeventil 13 angeordnet ist. Zwischen dem ersten Verdichter 9 und den Luftfedern 19 befindet sich in der ersten Druckluftleitung ein erstes Wegeventil 16. Des Weiteren zweigt von einer Abzweigstelle zwischen dem ersten Verdichter 9 und dem ersten Wegeventil 16 eine ein Rückschlagventil aufweisende Lufteinlassleitung 14 ab, während zwischen dem zweiten Wegeventil 23 und dem zweiten Verdichter 10 von der zweiten Druckluftleitung 8 eine weitere Lufteinlassleitung 15 mit Rückschlagventil abzweigt.
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2 zeigt die erste Ausführungsform im geschlossenen Betreib in Luftfederrichtung. In der hier dargestellten Betriebsart wird Luft vom Luftspeicher 1 über die zweite Druckluftleitung 8 und das zweite Wegeventil 23 vom zweiten Verdichter 10 über das Wegeventil 17 der in der Figur dargestellten linken Luftfeder 19 zugeführt. Der im geschlossenen Betrieb gerade nichtverwendete Verdichter 9 läuft im offenen Betrieb mit. Dabei wird die so gewonnene Luft immer über die Druckluftleitung 7 durch den Lufttrockner 2 geleitet. Diese Überfüllung des Systems wird dafür benutzt, den Lufttrockner 2 zu regenerieren und die Systemfeuchte auf einem stabilen geringen Niveau zu halten.
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3 zeigt die erste Ausführungsform im geschlossenen Betrieb in Luftspeicherrichtung. Hierbei wird Luft von der in der Figur linken Luftfeder 19 über das zugehörige Wegeventil 17 und das erste Wegeventil 16 vom ersten Verdichter 9 in den Luftspeicher 1 gefördert, wobei die geförderte Luft über die Druckluftleitung 7 den Lufttrockner 2 und die Umgehungsleitung 4 passiert. Auch hier läuft der nichtbenötigte Verdichter (zweiter Verdichter 10) im offenen Betrieb mit.
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4 zeigt die erste Ausführungsform im offenen Betrieb. Beide Verdichter 9, 10 werden hierbei zweistufig betrieben und haben dann gemeinsam die für diese Betriebsart gefragte höhere Verdichterleistung.
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5 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Niveauregelanlage in Grundstellung. Bei dieser zweiten Ausführungsform wird im geschlossenen Betrieb der gerade nichtbenötigte und mitlaufende Verdichter kurzgeschlossen, anstatt ihn im offenen Betrieb laufenzulassen. Dies hat für die Motorauslegung den Vorteil, dass der Druck als Stützmoment dient und somit ein von der Bauart kleinerer (günstigerer) Motor verwendet werden kann. Allerdings werden bei dieser zweiten Ausführungsform gegenüber der ersten Ausführungsform zwei zusätzliche Wegeventile 21 und 22 benötigt, und es fällt eine kontinuierliche Systemfüllung und Regeneration weg.
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6 zeigt die zweite Ausführungsform im geschlossenen Betrieb in Luftfederrichtung. Luft wird vom Luftspeicher 1 über die Druckluftleitung 8 und das Wegeventil 13 vom zweiten Verdichter 10 zur linken Luftfeder 19 gefördert. Der hierbei nicht benötigte und mitlaufende erste Verdichter 9 ist über das dritte Wegeventil 13 und die Umgehungsleitung 12 kurzgeschlossen.
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Bei der in 7 gezeigten zweiten Ausführungsform im geschlossenen Betrieb in Speicherrichtung wird von der linken Luftfeder 19, dem zugehörigen Wegeventil 17 und dem ersten Verdichter 9 Luft über die Druckluftleitung 7 dem Luftspeicher 1 zugeführt. Der hierbei nicht benötigte und mitlaufende zweite Verdichter 10 ist über die Umgehungsleitung 20 und ein darin angeordnetes viertes Wegeventil 21 kurzgeschlossen.
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8 zeigt die zweite Ausführungsform im offenen Betrieb.
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9 zeigt eine dritte Ausführungsform in Grundstellung. Bei dieser dritten Ausführungsform wird im geschlossenen Betrieb der gerade nichtbenötigte und mitlaufende Verdichter ebenfalls kurzgeschlossen. Im offenen Betrieb werden dann die Verdichter zweistufig hintereinandergeschaltet. Durch die Zweistufigkeit spart man gegenüber der zweiten Ausführungsform ein Wegeventil ein und man erhält deutlich höhere Stabilisierungsdrücke. Die beiden Wegeventile (Bypassventile) in den Umgehungsleitungen können mit kleinerer Nennweite und dadurch entsprechend günstig ausgeführt werden. Für eine Optimierung der Zweistufigkeit im offenen Betrieb können die Verdichter auch in unterschiedlicher Größe ausgeführt werden. Dafür wird dann als optimaler Stützdruck für den kleineren Verdichter der Vordruck genommen und entsprechend als optimaler Stützdruck für den größeren Verdichter der Gegendruck. Auch hier sind weitere Kombinationen möglich.
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Die dritte Ausführungsform ist so ausgeführt, dass die Verdichter mit Ventilen vom Luftspeicher getrennt sind und dadurch die Anforderungen an die Druckdichtigkeit der Verdichter deutlich geringer ausfallen können. Der Bereich für geringere und höhere Druckdichtigkeit kann durch Positionierung der Ventile gewählt werden.
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Bei der in 9 dargestellten Ausführungsform ist der erste Verdichter 9 kleiner ausgebildet als der zweite Verdichter 10.
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10 zeigt die dritte Ausführungsform im geschlossenen Betrieb in Luftspeicherrichtung. Luft wird hierbei vom ersten Verdichter 9 zum Luftspeicher 1 gefördert, während der zweite Verdichter 10 über die Umgehungsleitung 20 kurzgeschlossen ist.
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11 zeigt die dritte Ausführungsform im geschlossenen Betrieb in Luftfederrichtung. Hierbei wird Luft aus dem Luftspeicher über die Druckluftleitung 8 vom zweiten Verdichter 10 zur linken Luftfeder 19 gefördert. Der erste Verdichter 9 ist hierbei über die Umgehungsleitung 12 kurzgeschlossen.
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12 zeigt die dritte Ausführungsform im offenen Betrieb. Hierbei sind, wie vorstehend ausgeführt, beide Verdichter 9, 10 zweistufig hintereinandergeschaltet.
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Bei einer vierten Ausführungsform ist im geschlossenen Betrieb einer der gerade nichtbenötigten und mitlaufenden Verdichter durch ein Überdruckventil kurzgeschlossen. Bei der in 13 gezeigten Ausführungsform in Grundstellung ist hierbei der Verdichter 9 über ein in der Umgehungsleitung 12 angeordnetes Überdruckventil 24 kurzgeschlossen, während der zweite Verdichter 10 über die Umgehungsleitung 20 kurzgeschlossen werden kann. Ansonsten funktioniert die vierte Ausführungsform wie die dritte Ausführungsform.
