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Die Erfindung betrifft eine Energierückgewinnungsvorrichtung für ein Nutzfahrzeug mit einer Druckluftbremsanlage, mit wenigstens einem über einen Antriebsmotor des Nutzfahrzeugs antreibbaren Kompressor, wenigstens einem ersten Luftkessel und wenigstens einem von dem ersten Luftkessel pneumatisch trennbaren Zusatzluftkessel, die von dem Kompressor mit Druckluft beaufschlagbar sind.
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Es ist bekannt, bei Nutzfahrzeugen Bremsanlagen einzusetzen, welche als Druckluftbremsanlagen ausgebildet sind. Die zum Betreiben der Druckluftbremsanlagen erforderliche komprimierte Luft wird bekannterweise durch einen beispielsweise mit einem Verbrennungsmotor des Nutzfahrzeugs gekoppelten oder koppelbaren Kompressor bereitgestellt. Durch den Kompressor werden Luftkessel zum Speichern von Druckluft aufgeladen. Wenn ein Bremsvorgang eingeleitet werden soll, wird die Druckluft dann von den Luftkesseln zum Setzen der Bremsen in entsprechende Aktuatoren geleitet. Wenn der zulässige Maximaldruck in den Luftkesseln der Druckluftbremsanlage erreicht ist, wird der Kompressor abgeschaltet, so dass kein weiteres Aufladen der Luftkessel erfolgt.
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Nachteiligerweise erfordert die Kompression einen Arbeitsaufwand, welcher über den beispielhaft genannten Verbrennungsmotor erbracht werden muss. Hieraus ergibt sich ein nachteiliger, erhöhter Treibstoffverbrauch für das Nutzfahrzeug sowie entsprechende erhöhte Betriebskosten des Nutzfahrzeugs. Dies ist insbesondere dann relevant, wenn die Luftkessel im normalen Fahrbetrieb des Nutzfahrzeugs geladen werden und dabei der Antriebsmotor des Nutzfahrzeugs zusätzlich zur zum Bewegen des Nutzfahrzeugs erforderlichen Antriebsleistung die Kompressionsleistung bereitstellen muss. Ein solches Laden der Luftkessel ist gemäß dem Stand der Technik häufig notwendig, da zum Betrieb der Bremsen des Nutzfahrzeugs ein hinreichend großer Druck der Druckluft gewährleistet werden muss. Daher müssen bei Fahrtbeginn und je nach Nutzung der Bremsen auch während der Fahrt des Nutzfahrzeugs die Luftkessel auf ein vorgegebenes Druckniveau gebracht werden, wozu wie oben beschrieben, der Antriebsmotor des Nutzfahrzeugs genutzt wird. Hierbei werden bekannterweise alle Luftkessel entsprechend aufgeladen, wozu eine entsprechend große Energiemenge notwendig ist.
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Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Energierückgewinnungsvorrichtung für Nutzfahrzeuge bereitzustellen, die energieeffizienter betrieben werden kann und hierbei zu geringeren Betriebskosten des Nutzfahrzeuges führt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Energierückgewinnungsvorrichtung für Nutzfahrzeuge mit Druckluftbremsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Demnach ist eine Energierückgewinnungsvorrichtung mit wenigstens einem insbesondere über einen Antriebsmotor des Nutzfahrzeugs antreibbaren Kompressor vorgesehen, mit wenigstens einem ersten Luftkessel und wenigstens einem von dem ersten Luftkessel pneumatisch trennbaren Zusatzluftkessel, wobei die wenigstens zwei Luftkessel, das heißt der wenigstens eine erste Luftkessel und der Zusatzluftkessel von dem Kompressor mit Druckluft beaufschlagbar sind.
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Erfindungsgemäß kann in Fahrzuständen des Nutzfahrzeugs, in denen die kinetische Energie des Fahrzeugs den Verbrennungsmotor bzw. das Fahrzeug antreibt, also beispielsweise im Betrieb mit Motorbremse oder im Schiebebetrieb, ein zusätzlicher oder mehrere zusätzliche Druckluftkessel über ein insbesondere elektrisch ansteuerbares Ventil zum Druckluftbremssystem hinzugeschaltet werden. Vorliegend kann mit dem Begriff Luftkessel bzw. Druckluftkessel gegebenenfalls auch der pneumatisch trennbare Zusatzluftkessel gemeint sein.
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Denkbar ist eine Ausführung, in der der Antriebsmotor des Nutzfahrzeugs kein Verbrennungsmotor, sondern beispielsweise ein Elektromotor ist. In dieser Ausführung kann der Kompressor ebenfalls direkt oder indirekt als Motorbremse bzw. im Schiebebetrieb zum Komprimieren der Druckluft verwendet werden. Er kann also mit dem Antriebsmotor des Nutzfahrzeugs koppelbar sein oder auch einen eigenen Motor zum Antreiben des Kompressors aufweisen, wobei die kinetische Energie des Fahrzeugs über eine entsprechende Kopplung zum Antreiben des Kompressors genutzt werden kann.
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Durch das Hinzuschalten wenigstens eines weiteren Druckluftkessels bzw. Zusatzluftkessels kann der aktuelle Druck im System bzw. in dem Verbund der wenigstens zwei Luftkessel vermindert werden oder es kann zusätzliches Speichervolumen für Druckluft bereitgestellt werden, sodass der Druckluftkompressor insbesondere im Schiebebetrieb bzw. Motorbremsbetrieb des Nutzfahrzeugs zusätzlich Luft komprimieren kann und diese für Prozesse, die Druckluft benötigen, zur Verfügung gestellt werden kann.
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Hierdurch wird eine Rückgewinnung wenigstens eines Teils der kinetischen Energie des Nutzfahrzeugs während dessen Abbremsens ermöglicht bzw. erleichtert. Das ist insbesondere bei Abfallsammelfahrzeugen sinnvoll, weil diese durch die zahlreichen Start-Stopp-Vorgänge beim Einsammeln von Abfall und die damit einhergehenden Bremsvorgänge sehr viel Druckluft verbrauchen.
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In einer bevorzugten Ausführung ist denkbar, dass die Energierückgewinnungsvorrichtung eine Steuerung umfasst, die zum Aufheben einer pneumatischen Trennung ein Ventil schaltet. Das Ventil kann insbesondere zwischen dem ersten Luftkessel und dem Zusatzluftkessel angeordnete sein und in einem ersten Zustand die beiden Luftkessel voneinander trennen, während die Trennung in einem zweiten Zustand, dem Motorbremsbetrieb bzw. Schiebebetrieb von der Steuerung aufgehoben wird und so zusätzliches Speichervolumen für Druckluft bereitgestellt wird, so dass das Komprimieren weiterer Luft ermöglicht wird. Es ist auch alternativ oder zusätzlich denkbar, dass das Ventil eine direkte pneumatische Verbindung zwischen dem Kompressor und dem Zusatzluftkessel freigibt, so dass der Zusatzluftkessel allein, das heißt getrennt vom ersten Luftkessel, mittels des Kompressors mit Druckluft beaufschlagt werden kann. Durch die Nutzung der Steuerung zum Schalten des Ventils kann der Speichervorgang einfach automatisiert werden, was eine einfachere Bedienung der Energierückgewinnungsvorrichtung ermöglicht.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist denkbar, dass die Steuerung dazu eingerichtet ist, die pneumatische Trennung in Fahrzuständen des Nutzfahrzeugs aufzuheben, in denen die kinetische Energie des Nutzfahrzeugs den Antriebsmotor und/oder das Nutzfahrzeug antreibt. Bei Ausführungen der Erfindung, bei denen der Kompressor nicht mittels des Antriebsmotors angetrieben wird sondern beispielsweise durch einen sonstigen Motor antreibbar ist, kann die Fahrbewegung des Nutzfahrzeugs durch eine entsprechende Kopplung und insbesondere unter Umgehung des Antriebsmotors des Nutzfahrzeugs zum Antreiben des Kompressors genutzt werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist ferner denkbar, dass die Steuerung Bestandteil eines Fahrzeugrechners des Nutzfahrzeugs oder eines gesonderten Logikbausteins ist. Demnach kann die Steuerung der erfindungsgemäßen Energierückgewinnungsvorrichtung wenigstens teilweise auf bereits in Nutzfahrzeugen implementierten Komponenten realisiert werden und alternativ oder zusätzlich Logikbausteine bzw. Steuerungskomponenten aufweisen, die nicht Bestandteil des Fahrzeugrechners sind, sondern beispielsweise im Rahmen einer Nachrüstung in dem Nutzfahrzeug verbaut werden können. Vorteilhafterweise können somit auch Nutzfahrzeuge mit der Energierückgewinnungsvorrichtung ausgestattet werden, bei denen diese ursprünglich nicht vorgesehen war, was ein Nachrüsten von Nutzfahrzeugen einfach ermöglicht.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist auch denkbar, dass die Eingangsdaten der Steuerung Standarddaten des Nutzfahrzeugs, wie insbesondere das Drehmoment des Antriebsmotors, dessen Drehzahl und/oder die Fahrpedalstellung insbesondere des Bremspedals und/oder des Gaspedals, umfassen. Ist aus den Eingangsdaten ersichtlich, dass sich das Nutzfahrzeug in einem Schiebebetrieb oder in einem Motorbremsbetrieb befindet, so kann die Steuerung entsprechend die regenerative Aufladung wenigstens des Zusatzluftkessels einleiten.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist ferner denkbar, dass die Eingangsdaten der Steuerung Signale eines Drucksensors insbesondere in der Druckluftbremsanlage umfassen. Das vom Drucksensor erzeugte Signal kann dabei ein Signal sein, dass bei einem bestimmten Druck erzeugt wird und/oder es kann ein analoges Signal sein, dass kontinuierlich den sich verändernden Druck im Druckluftbremssystem signalisiert bzw. anzeigt. Mittels des Drucksensors wird beispielsweise festgestellt, dass der Druck in der Druckluftbremsanlage bzw. in wenigstens einem Luftkessel oberhalb eines Grenzwertes liegt. Daraufhin kann die Steuerung die Vorrichtung so ansteuern, dass der Kompressor keine weitere Druckluft mehr bereitstellt. Die Eingangsdaten der Steuerung können beispielsweise auf einem FMS-Bus des Nutzfahrzeugs zur Verfügung stehen bzw. darüber ausgelesen werden können.
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Die Erfindung ist ferner auf einen Zusatzluftkessel mit wenigstens einem Ventil und wenigstens einem Anschluss zum Anschließen an eine Druckluftbremsanlage eines Nutzfahrzeugs gerichtet, wobei der Zusatzluftkessel über einen insbesondere von einem Antriebsmotor des Nutzfahrzeugs antreibbaren Kompressor mit Druckluft beaufschlagbar ist, sodass mittels des Zusatzluftkessels und der Druckluftbremsanlage eine Energierückgewinnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 realisierbar ist.
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Die Erfindung ist auch auf ein Ventil zum Einbau zwischen zwei Luftkessel einer Druckluftbremsanlage eines Nutzfahrzeugs gerichtet, wobei mittels des Ventils wenigstens ein Luftkessel so von wenigstens einem anderen Luftkessel trennbar ist, dass hieraus ein pneumatisch trennbarer Zusatzluftkessel einer Energierückgewinnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 realisierbar ist. Mittels des Zusatzluftkessels bzw. mittels des entsprechenden Ventils ist es möglich, Nutzfahrzeuge mit einer erfindungsgemäßen Energierückgewinnungsvorrichtung einfach nachzurüsten und somit die Vorteile der Energierückgewinnungsvorrichtung auch an Fahrzeugen zu realisieren, die ohne eine derartige Vorrichtung hergestellt worden sind.
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Die Erfindung ist ferner auf ein Nutzfahrzeug mit einer Energierückgewinnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 gerichtet.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind anhand des in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiels erläutert.
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Die einzelne Figur zeigt den systematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Energierückgewinnungsvorrichtung 1. Hierbei kann ein Kompressor 3 über den Antriebsmotor 2 eines Nutzfahrzeugs angetrieben werden und Druckluft in ein Luftdrucksystem einspeisen. Der Kompressor 3 und der Antriebsmotor 2 können über eine Kupplung wie beispielsweise eine Schleifkupplung miteinander gekoppelt sein.
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Das Luftdrucksystem umfasst im Ausführungsbeispiel der Figur drei Luftkessel 4 und einen pneumatisch von den ersten Luftkesseln 4 trennbaren Zusatzluftkessel 5. Denkbar sind auch Ausführungen, bei denen davon abweichende Anzahlen erster Luftkessel 4 und Zusatzluftkessel 5 miteinander gekoppelt sind.
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Ein elektronisch ansteuerbares Ventil 6 kann über eine nicht gezeigte Steuerung den Zusatzluftkessel 5 von den weiteren Luftkesseln 4 trennen oder diese miteinander verbinden. In einer alternativen Ausführung ist auch denkbar, dass der Zusatzluftkessel 5 mittels eines Ventils 6 nicht mit den ersten Luftkesseln 4 sondern direkt mit dem Kompressor 3 verbindbar ist.
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Die Steuerung kann dazu ausgelegt sein, die mittels des Ventils 6 bewirkte pneumatische Trennung zwischen den Luftkesseln in Fahrzuständen des Nutzfahrzeugs aufzuheben, in denen die kinetische Energie des Nutzfahrzeugs den Antriebsmotor 2 bzw. den Kompressor 3 antreibt
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Die Steuerung kann ferner gegebenenfalls auf Daten eines Drucksensors 7 zurückgreifen, der den Druck innerhalb des Zusatzluftkessels 5 oder sonstiger Komponenten der Druckluftbremsanlage erfasst.
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Im oberen Bereich der Figur ist mit dem Bezugszeichen 8 ein Verbraucher bzw. ein Druckluftausgang gezeigt, der zu einem oder zu mehreren Verbrauchern wie beispielsweise Bremsaktuatoren führt.
