DE102016011437A1

DE102016011437A1 - Schraubenkompressorsystem für ein Nutzfahrzeug

Info

Publication number: DE102016011437A1
Application number: DE102016011437.1A
Authority: DE
Inventors: Gilles Hebrard; Jean-Baptiste Marescot; Jörg Mellar; Thomas Weinhold; Engelbert Köck
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Priority date: 2016-09-21
Filing date: 2016-09-21
Publication date: 2018-03-22
Also published as: EP3516229A1; CN109790839B; EP3516229B1; CN109790839A; JP2019529795A; WO2018054857A1; US11085447B2; JP6926211B2; KR20190045356A; US20200040897A1; BR112019005048A2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schraubenkompressorsystem (100) für ein Nutzfahrzeug mit wenigstens einem Schraubenkompressor (10) und mit wenigstens einer Steuerungs- und/oder Regelungseinheit (110) zur Antriebssteuerung und/oder -regelung des Schraubenkompressors (10), wobei die Steuerungs- und/oder Regelungseinheit (110) derart beschaffen ist, dass der Schraubenkompressor (10) nach einem Stopp an einem Wiederanlaufen für eine vorbestimmte Zeitspanne gehindert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schraubenkompressorsystem für ein Nutzfahrzeug mit wenigstens einem Schraubenkompressor und mit wenigstens einer Steuerungs- und/oder Regelungseinheit zur Antriebssteuerung und/oder -regelung des Schraubenkompressors.
Aus dem Stand der Technik sind bereits Schraubenkompressoren für Nutzfahrzeuge bekannt. Derartige Schraubenkompressoren werden verwendet, um die notwendige Druckluft für beispielsweise das Bremssystem des Nutzfahrzeugs bereitzustellen.
Allerdings schwankt der Druckluftbedarf für das Bremssystem je nach Betriebszustand des Nutzfahrzeugs, sodass in Antwort darauf der Schraubenkompressor zyklisch stoppt bzw. wieder anläuft.
Erfordert ein Betriebszustand des Nutzfahrzeugs ein Anlaufen des Schraubenkompressors kurz nachdem dieser gestoppt wurde, hat sich in der Zeit kurz nach dem Stopp des Schraubenkompressors bereits ein erhöhter Druck in der Schraubenkammer gebildet. Zur Beaufschlagung der Schraubenkammer mit erhöhtem Druck kommt es deshalb, weil am Auslass der Schraubenkammer bei stillstehenden Schrauben nach wie vor der Arbeitsdruck anliegt, während am Einlass der Schraubenkammer im Wesentlichen der Atmospährendruck anliegt sodass die Luft entgegen der Förderrichtung auf die Saugseite zurückströmt und dort Druck aufbaut.
Beginnt unter den zuvor beschriebenen Umständen das erneute Anlaufen des Schraubenkompressors, komprimiert dieser keine Luft ausgehend von Atmosphärendruck, sondern ausgehend von dem zuvor beschriebenen erhöhten Druckniveau.
Dieser ungewollte Betriebszustand sorgt für kurzzeitige Druckspitzen innerhalb des Schraubenkompressors sowie für eine kurzzeitige zusätzliche Belastung des entsprechenden Antriebs und sollte daher möglichst vermieden werden.
Aus der DE 10 2004 060 417 B4 ist ein gattungsgemäßer Schraubenkompressor bereits bekannt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schraubenkompressorsystem der eingangs genannten Art in vorteilhafter Weise weiterzubilden, insbesondere dahingehend, dass der sog. Ladeeffekt im Schraubenkompressor verhindert und ein Erzeugen eines Überdruckes im Schraubenkompressor sicher vermieden werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Schraubenkompressorsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Danach ist vorgesehen, dass ein Schraubenkompressorsystem für ein Nutzfahrzeug mit wenigstens einem Schraubenkompressor und mit wenigstens einer Steuerungs- und/oder Regelungseinheit zur Antriebssteuerung und/oder -regelung des Schraubenkompressors versehen ist, wobei die Steuerungs- und/oder Regelungseinheit derart beschaffen ist, dass der Schraubenkompressor nach einem Stopp an einem Wiederanlaufen für eine vorbestimmte Zeitspanne gehindert wird.
Die Erfindung basiert auf dem Grundgedanken, dass der Schraubenkompressor ein Entlastungsventil aufweist, über das nach einem Stopp des Schraubenkompressors der Druck im Schraubenkompressor abgebaut werden kann. Durch das Verhindern des Wiederanlaufens des Schraubenkompressors direkt nach einem Stopp des Schraubenkompressors für eine vorbestimmte Zeitspanne wird sichergestellt, dass der Druck im Schraubenkompressor auf jeden Fall abgebaut werden kann. Ist dies nicht der Fall, kann es zum sog. Ladeeffekt kommen, d. h. dass die unter Arbeitsdruck stehende Druckluft stromaufwärts in die Schraubenkammer durch deren Auslass strömt und am Lufteinlass und eingangs der Schrauben des Schraubenkompressors anliegt, so dass dieser Druck noch weiter aufgebaut wird durch das Wiederanlaufen des Schraubenkompressors. In diesem Fall entsteht ein sehr hohes Antriebsmoment, das sich bei einem elektrischen Schraubenkompressorantieb als überhöhter Anlaufstrom bemerkbar macht und zu einer Überlastung des E-Motors führen würde. Dieser ungewünschte Betriebszustand soll sicher verhindert werden. Er kann dadurch verhindert werden, dass jedenfalls eine vorbestimmte Zeitspanne abgewartet ist, innerhalb derer der Druck im Schraubenkompressor abgebaut wird.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Steuerungs- und/oder Regelungseinheit Bestandteil des Schraubenkompressors ist. Hierdurch wird ein kompakter Aufbau ausgebildet und es ist nicht notwendig, auf externe Komponenten zugreifen zu müssen.
Grundsätzlich denkbar ist aber auch, dass die Steuerungs- und/oder Regelungseinheit Bestandteil eines Luftaufbereitungssytems des Nutzfahrzeugs ist. Hier ist bereits eine entsprechende Steuerung vorhanden, die einfach mitbenutzt werden kann.
Auch ist denkbar, dass die Steuerungs- und/oder Regelungseinheit Bestandteil einer Motor- oder Fahrzeugsteuerung des Nutzfahrzeuges ist. Auch hier wäre es möglich, auf eine bereits vorhandene Komponente des Nutzfahrzeugs zugreifen zu können.
Grundsätzlich denkbar ist aber auch, dass die Steuerungs- und/oder Regelungseinheit als separate Steuerungs- und/oder Regelungseinheit ausgebildet ist. Dies ermöglicht beispeilsweise eine einfache Montage und auch einen einfachen Austausch bzw. Einfache Upgrades.
Es ist denkbar, dass die Zeitspanne mindestens ca. 10 Sekunden beträgt, insbesondere mindestens ca. 15 Sekunden beträgt. Eine derartige Zeitspanne ist bei den üblichen Entlastungsventilen ausreichend, um ein sicheres Absinken des Arbeitsdruckes oder vorherrschenden Druckes im Schraubenkompressor auf ein Druckniveau zu erreichen, bei dem kein schädlich hoher Rückströmdruck in der Schraubenkammer vorliegt.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass der Schraubenkompressor wenigstens ein Entlastungsventil aufweist. Über dieses Entlastungsventil kann der Druck im Schraubenkompressor einfach und zuverlässig abgebaut werden.
Das Entlastungsventil ist derart bemessen, dass das Innere des Schraubenkompressors innerhalb der vorbestimmten Zeitspanne auf einen drucknahen Atmosphärendruck oder ca. Atmosphärendruck druckentlastet werden kann. Dadurch wird ein sicherer Betrieb des Schraubenkompressors ermöglicht und sicher der sog. Ladeeffekt vermieden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nun anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
Es zeigen:
1 eine schematische Schnittzeichnung durch einen erfindungsgemäßen Schraubenkompressor; und
2 eine schematische Zeichnung des Schraubenkompressorsystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
1 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung einen Schraubenkompressor 10 im Sinne eines Ausführungsbeispiels für die vorliegende Erfindung.
Der Schraubenkompressor 10 weist einen Befestigungsflansch 12 zur mechanischen Befestigung des Schraubenkompressors 10 an einem hier nicht näher gezeigten Antrieb in Form eines Elektromotors auf.
Gezeigt ist jedoch die Eingangswelle 14, über die das Drehmoment vom Elektromotor auf eine der beiden Schrauben 16 und 18, nämlich die Schraube 16 übertragen wird.
Die Schraube 18 kämmt mit der Schraube 16 und wird über diese angetrieben.
Der Schraubenkompressor 10 weist ein Gehäuse 20 auf, in dem die wesentlichen Komponenten des Schraubenkompressors 10 untergebracht sind.
Das Gehäuse 20 ist mit Öl 22 befüllt.
Lufteingangsseitig ist am Gehäuse 20 des Schraubenkompressors 10 ein Einlassstutzen 24 vorgesehen. Der Einlassstutzen 24 ist dabei derart ausgebildet, dass an ihm ein Luftfilter 26 angeordnet ist. Außerdem ist radial am Lufteinlassstutzen 24 ein Lufteinlass 28 vorgesehen.
Im Bereich zwischen Einlassstutzen 24 und der Stelle, an dem der Einlassstutzen 24 am Gehäuse 20 ansetzt, ist ein federbelasteter Ventileinsatz 30 vorgesehen, hier als Axialdichtung ausgeführt.
Dieser Ventileinsatz 30 dient als Rückschlagventil.
Stromabwärts des Ventileinsatzes 30 ist ein Luftzuführkanal 32 vorgesehen, der die Luft den beiden Schrauben 16, 18 zuführt.
Ausgangsseitig der beiden Schrauben 16, 18 ist ein Luftauslassrohr 34 mit einer Steigleitung 36 vorgesehen.
Im Bereich des Endes der Steigleitung 36 ist ein Temperaturfühler 38 vorgesehen, mittels dessen die Öltemperatur überwachbar ist.
Weiter vorgesehen ist im Luftauslassbereich ein Halter 40 für ein Luftentölelement 42.
Der Halter 40 für das Luftentölelement weist im montierten Zustand im dem Boden zugewandten Bereich (wie auch in 1 gezeigt) das Luftentölelement 42 auf.
Weiter vorgesehen ist im Inneren des Luftentölelements 42 ein entsprechendes Filtersieb bzw. bekannte Filter- und Ölabscheidevorrichtungen 44, die nicht näher im Einzelnen spezifiziert werden.
Im zentralen oberen Bereich, bezogen auf den montierten und betriebsfertigen Zustand (also wie in 1 gezeigt), weist der Halter für das Luftentölelement 40 eine Luftausgangsöffnung 46 auf, die zu einem Rückschlagventil 48 und einem Mindestdruckventil 50 führen. Das Rückschlagventil 48 und das Mindestdruckventil 50 können auch in einem gemeinsamen, kombinierten Ventil ausgebildet sein.
Nachfolgend des Rückschlagventils 48 ist der Luftauslass 51 vorgesehen.
Der Luftauslass 51 ist mit entsprechend bekannten Druckluftverbrauchern in der Regel verbunden.
Um das im Luftentölelement 42 befindliche und abgeschiedene Öl 22 wieder in das Gehäuse 20 zurückzuführen, ist eine Steigleitung 52 vorgesehen, die ausgangs des Halters 40 für das Luftentölelement 42 beim Übertritt in das Gehäuse 20 ein Filter- und Rückschlagventil 54 aufweist.
Stromabwärts des Filter- und Rückschlagventils 54 ist in einer Gehäusebohrung eine Düse 56 vorgesehen. Die Ölrückführleitung 58 führt zurück in etwa den mittleren Bereich der Schraube 16 oder der Schraube 18, um dieser wieder Öl 22 zuzuführen.
Innerhalb des im montierten Zustand befindlichen Bodenbereichs des Gehäuses 20 ist eine Ölablassschraube 59 vorgesehen. Über die Ölablassschraube 59 kann eine entsprechende Ölablauföffnung geöffnet werden, über die das Öl 22 abgelassen werden kann.
Im unteren Bereich des Gehäuses 20 ist auch der Ansatz 60 vorhanden, an dem der Ölfilter 62 befestigt wird. Über einen Ölfiltereinlasskanal 64, der im Gehäuse 20 angeordnet ist, wird das Öl 22 zunächst zu einem Thermostatventil 66 geleitet.
Anstelle des Thermostatventils 66 kann eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung vorgesehen sein, mittels derer die Öltemperatur des im Gehäuse 20 befindlichen Öls 22 überwachbar und auf einen Sollwert einstellbar ist.
Stromabwärts des Thermostatventils 66 ist sodann der Öleinlass des Ölfilters 62, der über eine zentrale Rückführleitung 68 das Öl 22 wieder zurück zur Schraube 18 oder zur Schraube 16, aber auch zum ölgeschmierten Lager 70 der Welle 14 führt. Im Bereich des Lagers 70 ist auch eine Düse 72 vorgesehen, die im Gehäuse 20 im Zusammenhang mit der Rückführleitung 68 vorgesehen ist.
Der Kühler 74 ist am Ansatz 60 angeschlossen.
Im oberen Bereich des Gehäuses 20 (bezogen auf den montierten Zustand) befindet sich ein Sicherheitsventil 76, über das ein zu großer Druck im Gehäuse 20 abgebaut werden kann.
Vor dem Mindestdruckventil 50 befindet sich eine Bypassleitung 78, die zu einem Entlastungsventil 80 führt. Über dieses Entlastungsventil 80, das mittels einer Verbindung mit der Luftzuführung 32 angesteuert wird, kann Luft in den Bereich des Lufteinlasses 28 zurückgeführt werden. In diesem Bereich können ein nicht näher gezeigtes Entlüftungsventil und auch eine Düse (Durchmesserveringerung der zuführenden Leitung) vorgesehen sein.
Darüber hinaus kann ungefähr auf Höhe der Leitung 34 in der Außenwand des Gehäuses 20 ein Öllevelsensor 82 vorgesehen sein. Dieser Öllevelsensor 82 kann beispielsweise ein optischer Sensor sein und derart beschaffen und eingerichtet, dass anhand des Sensorsignals erkannt werden kann, ob der Ölstand im Betrieb oberhalb des Öllevelsensors 82 ist oder ob der Öllevelsensor 82 frei liegt und hierdurch der Ölstand entsprechend gefallen ist.
Im Zusammenhang mit dieser Überwachung kann auch eine Alarmeinheit vorgesehen sein, die eine entsprechende Fehlermeldung oder Warnmeldung an den Nutzer des Systems ausgibt bzw. weiterleitet.
Die Funktion des in 1 gezeigten Schraubenkompressors 10 ist dabei wie folgt:
Luft wird über den Lufteinlass 28 zugeführt und gelangt über das Rückschlagventil 30 zu den Schrauben 16, 18, wo die Luft komprimiert wird. Das komprimierte Luft-Öl-Gemisch, das mit einem Faktor zwischen 5- bis 16facher Komprimierung nach den Schrauben 16 und 18 durch die Auslassleitung 34 über das Steigrohr 36 aufsteigt, wird direkt auf den Temperaturfühler 38 geblasen.
Die Luft, die noch teilweise Ölpartikel trägt, wird sodann über den Halter 40 in das Luftentölelement 42 geführt und gelangt, sofern der entsprechende Mindestdruck erreicht wird, in die Luftauslassleitung 51.
Das im Gehäuse 20 befindliche Öl 22 wird über den Ölfilter 62 und ggf. über den Wärmetauscher 74 auf Betriebstemperatur gehalten.
Sofern keine Kühlung notwendig ist, wird der Wärmetauscher 74 nicht verwendet und ist auch nicht zugeschaltet.
Die entsprechende Zuschaltung erfolgt über das Thermostatventil 68. Nach der Aufreinigung im Ölfilter 64 wird über die Leitung 68 Öl der Schraube 18 oder der Schraube 16, aber auch dem Lager 72 zugeführt. Die Schraube 16 oder die Schraube 18 wird über die Rückführleitung 52, 58 mit Öl 22 versorgt, hier erfolgt die Aufreinigung des Öls 22 im Luftentölelement 42.
Über den nicht näher gezeigten Elektromotor, der sein Drehmoment über die Welle 14 auf die Schraube 16 überträgt, die wiederum mit der Schraube 18 kämmt, werden die Schrauben 16 und 18 des Schraubenkompressors 10 angetrieben.
Über das nicht näher gezeigte Entlastungsventil 80 wird sichergestellt, dass im Bereich der Zuleitung 32 nicht der hohe Druck, der im Betriebszustand beispielsweise ausgangsseitig der Schrauben 16, 18 herrscht, eingesperrt werden kann, sondern dass insbesondere beim Anlaufen des Kompressors im Bereich der Zuleitung 32 stets ein niedriger Eingangsdruck, insbesondere Atmosphärendruck, besteht. Andernfalls würde mit einem Anlaufen des Kompressors zunächst ein sehr hoher Druck ausgangsseitig der Schrauben 16 und 18 entstehen, der den Antriebsmotor überlasten würde.
2 zeigt in schematischer Ansicht das erfindungsgemäße Schraubenkompressorsystem 100 mit dem in 1 gezeigten Schraubenkompressor 10 sowie einer Steuereinheit 110.
Die Steuereinheit 110 ist hier als Steuerungs- und Regelungseinheit des Schraubenkompressors 10 bzw. als Bestandteil des Schraubenkompressors 10 ausgebildet.
Grundsätzlich kann aber vorgesehen sein, dass die Steuerungs- und Regelungseinheit 110 Bestandteil eines Luftaufbereitungssystems (EAC) des Nutzfahrzeuges, Bestandteil einer Motorsteuerung des Nutzfahrzeugs, Bestandteil einer Fahrzeugsteuerung des Nutzfahrzeugs oder als separate Steuerungs- und Regelungseinheit 110 ausgeführt ist.
Mittels der Steuerungs- und Regelungseinheit 110 wird dafür gesorgt, dass nach einem Stopp des Schraubenkompressors 10 bzw. des Antriebs des Schraubenkompressors 10 ein Wiederanlaufen der Schrauben 16, 18 für eine vorbestimmte Zeitspanne verhindert wird.
Diese Zeitspanne beträgt im gezeigten Ausführungsbeispiel ca. 10 Sekunden, kann aber auch im Bereich zwischen 10 bis 15 Sekunden oder auch darüber liegen.
Über das Entlastungsventil 80 kann der im Schraubenkompressor 10 vorherrschende Arbeitsdruck innerhalb der vorbestimmten Zeitspanne soweit abgebaut werden, dass auf jeden Fall sicher der sog. Ladeeffekt vermieden wird. Dieser Ladeeffekt tritt insbesondere dadurch auf, dass der hinter bzw. stromabwärts der Schrauben 16, 18 direkt nach dem Stopp des Schraubenkompressors 10 anliegende Arbeitsdruck stromaufwärts sowohl über den Auslass der Schraubenkammer als auch über die entsprechenden Leitungen 58, 68 in den Ansaugbereich der Schrauben 16, 18, d. h. in den Lufteinlass 32 gelangen kann. Kommt es dann zu einem Wiederanlaufen der Schrauben 16, 18, noch bevor ein Druckabbau stattgefunden hat, wird der dort anliegende Druck durch die Schrauben 16, 18 verdichtet, so dass es zu einem nicht erwünschten Betriebszustand kommen kann, in dem der Arbeitsdruck nochmals beispielsweise um das zehnfache verdichtet werden könnte.
Das Entlastungsventil 80 ist dabei derart bemessen, dass das Innere des Schraubenkompressors 10 innerhalb der vorbestimmten Zeitspanne auf einen drucknahen Atmosphärendruck oder ca. Atmosphärendruck druckentlastet werden kann.
Bezugszeichenliste

10: Schraubenkompressor
12: Befestigungsflansch
14: Eingangswelle
16: Schrauben
18: Schrauben
20: Gehäuse
22: Öl
24: Einlassstutzen
26: Luftfilter
28: Lufteinlass
30: Ventileinsatz
32: Luftzuführkanal
34: Luftauslassrohr
36: Steigleitung
38: Temperaturfühler
40: Halter für ein Luftentölelement
42: Luftentölelement
44: Filtersieb bzw. bekannte Filter- bzw. Ölabscheidevorrichtungen
46: Luftausgangsöffnung
48: Rückschlagventil
50: Mindestdruckventil
51: Luftauslass
52: Steigleitung
54: Filter- und Rückschlagventil
56: Düse
58: Ölrückführleitung
59: Ölablassschraube
60: Ansatz
62: Ölfilter
64: Ölfiltereinlasskanal
66: Thermostatventil
68: Rückführleitung
70: Lager
72: Düse
74: Kühler, Wärmetauscher
76: Sicherheitsventil
78: Bypassleitung
80: Entlastungsventil
82: Öllevelsensor
100: Schraubenkompressorsystem
110: Steuereinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004060417 B4 [0007]

Claims

Schraubenkompressorsystem (100) für ein Nutzfahrzeug mit wenigstens einem Schraubenkompressor (10) und mit wenigstens einer Steuerungs- und/oder Regelungseinheit (110) zur Antriebssteuerung und/oder -regelung des Schraubenkompressors (10), wobei die Steuerungs- und/oder Regelungseinheit (110) derart beschaffen ist, dass der Schraubenkompressor (10) nach einem Stopp an einem Wiederanlaufen für eine vorbestimmte Zeitspanne gehindert wird.
Schraubenkompressorsystem (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungs- und/oder Regelungseinheit (110) Bestandteil des Schraubenkompressors (10) ist.
Schraubenkompressorsystem (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungs- und/oder Regelungseinheit (110) Bestandteil eines Luftaufbereitungssystems des Nutzfahrzeugs ist.
Schraubenkompressorsystem (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungs- und/oder Regelungseinheit (110) Bestandteil einer Motor- oder Fahrzeugsteuerung des Nutzfahrzeugs ist.
Schraubenkompressorsystem (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungs- und/oder Regelungseinheit (110) als separate Steuerungs- und/oder Regelungseinheit (110) ist.
Schraubenkompressorsystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitspanne mindestens ca. 10 Sekunden beträgt, insbesondere mindestens ca. 15 Sekunden beträgt.
Schraubenkompressorsystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenkompressor (10) wenigstens ein Entlastungsventil (80) aufweist.
Schraubenkompressorsystem (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Entlastungsventil (80) derart bemessen ist, dass das Innere des Schraubenkompressors (10) innerhalb der Zeitspanne auf einen Druck nahe Atmosphärendruck oder ca. Atmosphärendruck druckentlastet werden kann.