DE102016011507A1 - Screw compressor system for a commercial vehicle - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schraubenkompressorsystem (100) für ein Nutzfahrzeug mit wenigstens einem Schraubenkompressor (10), wenigstens einem Schraubenkompressorantrieb und wenigstens einer Steuerungs- und/oder Regelungseinheit (110), wobei die Steuerungs- und/oder Regelungseinheit (110) mit dem Schraubenkompressorantrieb in Verbindung steht, wobei die Steuerungs- und/oder Regelungseinheit (110) derart beschaffen und konfiguriert ist, dass sie im Betrieb des Schraubenkompressors (10) das Verhältnis von Standzeit und Einschaltzeit des Schraubenkompressorantriebs überwacht und dieses Verhältnis auf einen vorgegebenen Bereich einsteuert und/oder einregelt.The present invention relates to a screw compressor system (100) for a commercial vehicle with at least one screw compressor (10), at least one screw compressor drive and at least one control and / or regulating unit (110), wherein the control and / or regulating unit (110) with the screw compressor drive is in communication, wherein the control and / or regulating unit (110) is such and configured to monitor the operation of the screw compressor (10), the ratio of service life and on time of the screw compressor drive and this ratio controls on a predetermined range and / or adjusts.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schraubenkompressorsystem für ein Nutzfahrzeug mit wenigstens einem Schraubenkompressor mit wenigstens einer Steuerungs- und/oder Regelungseinheit zur Antriebssteuerung und/oder -regelung des Schraubenkompressors.The present invention relates to a screw compressor system for a commercial vehicle with at least one screw compressor with at least one control and / or regulating unit for drive control and / or regulation of the screw compressor.
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.Screw compressors for commercial vehicles are already known from the prior art. Such screw compressors are used to provide the necessary compressed air for, for example, the braking system of the commercial vehicle.
In diesem Zusammenhang sind insbesondere Öl befüllte Kompressoren, insbesondere auch Schraubenkompressoren bekannt, bei denen sich als Aufgabe stellt, die Öltemperatur zu regulieren. Dies wird in der Regel dadurch bewerkstelligt, dass ein externer Ölkühler vorhanden ist, der mit dem Öl befüllten Kompressor und dem Ölkreislauf über ein Thermostatventil verbunden ist. Der Ölkühler ist dabei ein Wärmetauscher, der zwei voneinander getrennte Kreisläufe aufweist, wobei der erste Kreislauf für die heiße Flüssigkeit, also das Kompressoröl, vorgesehen ist und der zweite für die Kühlflüssigkeit. Als Kühlflüssigkeit können beispielsweise Luft, Wassergemische mit einem Frostschutzmittel oder einem anderen Öl verwendet werden.In this context, in particular oil-filled compressors, especially screw compressors are known in which the task is to regulate the oil temperature. This is usually done by having an external oil cooler connected to the oil-filled compressor and the oil circuit via a thermostatic valve. The oil cooler is a heat exchanger which has two separate circuits, wherein the first circuit for the hot liquid, so the compressor oil is provided and the second for the cooling liquid. As a coolant, for example, air, water mixtures can be used with an antifreeze or other oil.
Dieser Ölkühler muss sodann mit dem Kompressorölkreislauf über Rohre oder Schläuche verbunden werden und der Ölkreislauf muss gegen Leckagen gesichert werden.This oil cooler must then be connected to the compressor oil circuit via pipes or hoses and the oil circuit must be secured against leakage.
Dieses externe Volumen muss des Weiteren mit Öl befüllt werden, so dass auch die Gesamtmenge an Öl vergrößert wird. Dadurch wird die Systemträgheit vergrößert. Darüber hinaus muss der Ölkühler mechanisch untergebracht und befestigt werden, entweder durch umliegend befindliche Halterungen oder durch eine gesonderte Halterung, was zusätzliche Bestigungsmittel, aber auch Bauraum benötigt.This external volume must also be filled with oil, so that the total amount of oil is increased. This increases the system inertia. In addition, the oil cooler must be mechanically housed and secured, either by surrounding brackets or by a separate bracket, which requires additional means of improvement, but also space.
Aus der
Des Weiteren offenbart die
Ein gattungsgemäßer Schraubenkompressor ist beispielsweise bereits aus der
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schraubenkompressorsystem der eingangs genannten Art in vorteilhafter Weise weiterzubilden, insbesondere dahingehend, dass die Antriebssteuerung und/oder -regelung des Schraubenkompressors vereinfacht und zuverlässig ausgestaltet werden kann.It is the object of the present invention to develop a screw compressor system of the type mentioned in an advantageous manner, in particular to the effect that the drive control and / or regulation of the screw compressor can be simplified and configured reliably.
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, wenigstens einem Schraubenkompressorantrieb und wenigstens einer Steuerungs- und/oder Regelungseinheit versehen ist, wobei die Steuerungs- und/oder Regelungseinheit mit dem Schraubenkompressorantrieb in Verbindung steht, wobei die Steuerungs- und/oder Regelungseinheit derart beschaffen und konfiguriert ist, dass sie im Betrieb des Schraubenkompressors das Verhältnis von Standzeit und Einschaltzeit des Schraubenkompressorantriebs überwacht und dieses Verhältnis auf einen vorgegebenen Bereich einsteuert und/oder einregelt.This object is achieved by a screw compressor with the features of claim 1. Thereafter, it is provided that a screw compressor for a commercial vehicle with at least one screw compressor, at least one screw compressor drive and at least one control and / or control unit is provided, the control and or control unit is in communication with the screw compressor drive, wherein the control and / or regulating unit is designed and configured so that it monitors the ratio of service life and on time of the screw compressor drive during operation of the screw compressor and controls this ratio to a predetermined range and / or adjusts.
Die Erfindung basiert auf dem Grundgedanken, dass durch das Verhältnis von Standzeit und Einschaltzeit auch wesentlich die Temperatur des Schraubenkompressors mitbestimmt wird. Je nach Bauart des Schraubenkompressors genügt es, durch das Einsteuern des Verhältnisses von Standzeit und Einschaltzeit auf einen vorgegebenen Bereich den Schraubenkompressor in einem sehr engen Betriebstemperaturbereich führen zu können. Die miteinander kämmenden Schrauben und das durch den Schraubenkompressor hindurch geführte Öl und die verdichtete Luft führen zu einer Wärmeentwicklung, so dass durch entsprechendes Wählen des Verhältnisses von Standzeit und Einschaltzeit des Schraubenkompressorantriebes auch gleichzeitig die Wärme des Schraubenkompressors eingesteuert und/oder eingeregelt, d. h. eingestellt werden kann.The invention is based on the basic idea that the temperature of the screw compressor is also significantly determined by the ratio of service life and switch-on time. Depending on the design of the screw compressor, it is sufficient to be able to guide the screw compressor in a very narrow operating temperature range by controlling the ratio of service life and switch-on time to a predetermined range. The intermeshing screws and the guided through the screw compressor oil and the compressed air lead to heat generation, so that by appropriate selection of the ratio of service life and on time of the screw compressor drive at the same time the heat of the screw compressor controlled and / or adjusted, d. H. can be adjusted.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Steuerungs- und/oder Regelungseinheit Bestandteil des Schraubenkompressorsystems also entweder des Schraubenkompressors oder des Schraubenkompressorantriebs ist. Hierdurch wird ein kompakter Aufbau ausgebildet und es ist nicht notwendig, auf externe Komponenten zugreifen zu müssen.For example, it may be provided that the control and / or regulating unit is part of the screw compressor system so either the screw compressor or the screw compressor drive. As a result, a compact structure is formed and it is not necessary to have access to external components.
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.In principle, however, it is also conceivable that the control and / or regulating unit is part of an air treatment system of the commercial vehicle. Here is already a corresponding control available, which can be easily shared.
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.It is also conceivable that the control and / or regulating unit is part of an engine or vehicle control of the commercial vehicle. Also Here it would be possible to access an already existing component of the commercial vehicle.
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.In principle, however, it is also conceivable that the control and / or regulating unit is designed as a separate control and / or regulating unit. This allows for example a simple installation and also a simple exchange or simple upgrades.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass der Bereich derart gewählt ist, dass ein Verhältnis von Standzeit zu Einschaltzeit vorliegt, bei dem die Einschaltzeit ca. 20 bis 50%, insbesondere > 30% beträgt. Dieses Verhältnis von Standzeit zu Einschaltzeit mit einer Einschaltzeit zwischen ca. 20 bis 40%, insbesondere bei > 30%, hat sich als vergleichsweise günstig herausgestellt, um die Betriebstemperatur im Wesentlichen konstant halten zu können. Darüber hinaus ergibt sich als Vorteil, dass durch das Sicherstellen eines Verhältnisses von Standzeit zu Einschaltzeit mit einer Einschaltzeit von > 30% die Betriebstemperatur hoch genug bleibt um auch Feuchtigkeitsbildung oder Kondensation im Inneren des Schraubenkompressors sicher zu vermeiden.Furthermore, it can be provided that the range is selected such that there is a ratio of service life to switch-on time, in which the switch-on time is approximately 20 to 50%, in particular> 30%. This ratio of service life to switch-on time with a switch-on time of between approx. 20 and 40%, in particular> 30%, has proved to be relatively favorable in order to be able to keep the operating temperature substantially constant. In addition, there is the advantage that by ensuring a ratio of service life to switch-on time with a switch-on time of> 30%, the operating temperature remains high enough to reliably avoid moisture or condensation inside the screw compressor.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass die Steuerungs- und/oder Regelungseinheit derart beschaffen und konfiguriert ist, dass sie die Drehzahl des Schraubenkompressorantriebs derart beeinflusst, dass das Verhältnis von Standzeit und Einschaltzeit des Schraubenkompressorantriebs im vorgegebenen Bereich gehalten wird. Im Wesentlichen wird hier davon ausgegangen, dass über die Gesamtlaufzeit des Schraubenkompressors eine bestimmte Druckluftmenge bereitgestellt werden soll und dass durch die Definition oder Begrenzung bzw. Erhöhung der Drehzahl des Schraubenkompressorantriebs über die Gesamtlaufzeit bei gleichbleibender Druckluftproduktion auch das Verhältnis von Standzeit und Einschaltzeit des Schraubenkompressorantriebs beeinflusst und damit in dem vorgegebenen Bereich gehalten werden kann.In addition, it can be provided that the control and / or regulating unit is designed and configured such that it influences the rotational speed of the screw compressor drive in such a way that the ratio of service life and switch-on time of the screw compressor drive is kept within the predetermined range. Essentially, it is assumed here that over the entire running time of the screw compressor a certain amount of compressed air is to be provided and that influenced by the definition or limitation or increase the speed of the screw compressor drive over the entire run time with constant compressed air production and the ratio of service life and on time of the screw compressor drive and so that it can be kept within the given range.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Steuerungs- und/oder Regelungseinheit derart beschaffen und konfiguriert ist, dass sie die Drehzahl des Schraubenkompressorantriebs stets oberhalb einer Mindestdrehzahl hält. Diese Möglichkeit, die Drehzahl oberhalb einer Mindestdrehzahl zu halten, basiert auf dem Grundgedanken, dass ab einer gewissen Mindestdrehzahl erst eine Begrenzung der Verlustleistung eintritt und der Schraubenkompressorantrieb weniger Energie benötigt, um eine bestimmte Menge Druckluft zu erzeugen. Mit anderen Worten kann hierdurch der Wirkungsgrad des Schraubenkompressors insgesamt verbessert werden. So ist beispielsweise bekannt, dass unterhalb von Mindestdrehzahlen von ca. 1.500 bis 2.500 Umdrehungen pro Minute die Verlustleistung stark ansteigen kann, so dass ein Unterschreiten dieser Mindestdrehzahlen nach Möglichkeit vermieden werden sollte.In particular, it may be provided that the control and / or regulating unit is designed and configured such that it always keeps the rotational speed of the screw compressor drive above a minimum rotational speed. This ability to keep the speed above a minimum speed, based on the idea that from a certain minimum speed only a limitation of the power loss occurs and the screw compressor drive requires less energy to produce a certain amount of compressed air. In other words, this can improve the overall efficiency of the screw compressor. For example, it is known that below minimum speeds of about 1,500 to 2,500 revolutions per minute, the power loss can increase sharply, so that falling below these minimum speeds should be avoided if possible.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nun anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.Further details and advantages of the invention will now be explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawings.
Es zeigen:Show it:
Der Schraubenkompressor
Gezeigt ist jedoch die Eingangswelle
Die Schraube
Der Schraubenkompressor
Das Gehäuse
Lufteingangsseitig ist am Gehäuse
Im Bereich zwischen Einlassstutzen
Dieser Ventileinsatz
Stromabwärts des Ventileinsatzes
Ausgangsseitig der beiden Schrauben
Im Bereich des Endes der Steigleitung
Weiter vorgesehen ist im Luftauslassbereich ein Halter
Der Halter
Weiter vorgesehen ist im Inneren der Luftentölelement
Im zentralen oberen Bereich, bezogen auf den montierten und betriebsfertigen Zustand (also wie in
Nachfolgend des Rückschlagventils
Der Luftauslass
Um das im Luftentölelement
Stromabwärts des Filter- und Rückschlagventils
Im im montierten Zustand befindlichen Bodenbereich des Gehäuses
Im unteren Bereich des Gehäuses
Anstelle des Thermostatventils
Stromabwärts des Thermostatventils
Der Kühler
Im oberen Bereich des Gehäuses
Vor dem Mindestdruckventil
Darüber hinaus kann ungefähr auf Höhe der Leitung
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.In connection with this monitoring, an alarm unit can also be provided which outputs or forwards an appropriate error message or warning message to the user of the system.
Die Funktion des in
Luft wird über den Lufteinlass
Air gets over the
Die Luft, die noch teilweise Ölpartikel trägt, wird sodann über den Halter
Das im Gehäuse
Sofern keine Kühlung notwendig ist, wird der Wärmetauscher
Die entsprechende Zuschaltung erfolgt über das Thermostatventil
Über den nicht näher gezeigten Elektromotor, der sein Drehmoment über die Welle
Über das nicht näher gezeigte Entlastungsventil
Die Steuerungs- und Regelungseinheit
Grundsätzlich kann aber vorgesehen sein, dass die Steuerungs- und Regelungseinheit
Die Steuerungs- und Regelungseinheit
Dabei wird dieser Bereich derart gewählt, dass ein Verhältnis von Standzeit zur Einschaltzeit vorliegt, bei dem die Einschaltzeit bei > 30% liegt. Insbesondere wird hier ein Bereich gewählt, der zwischen 30 bis 50% Einschaltzeit liegt, so dass die Standzeit also zwischen 50 bis 70% und die Einschaltzeit bei ca. 30 bis 50% liegt.In this case, this range is selected such that there is a ratio of service life to switch-on time, in which the switch-on time is> 30%. In particular, an area is selected here that is between 30 to 50% on-time, so that the service life is between 50 to 70% and the switch-on time is about 30 to 50%.
Bei einer Einschaltzeit von ca. 30% beträgt die Standzeit folglich ca. 70%.With a switch-on time of approx. 30%, the service life is approx. 70%.
Um das Verhältnis von Standzeit zur Einschaltzeit auch entsprechend konstant halten zu können, ist die Steuerungs- und Regelungseinheit
Dabei wird darauf geachtet, dass durch ein Verringern bzw. Erhöhen der Drehzahl des Schraubenkompressorantriebs über die gesamte Betriebsdauer die gewünschte Druckluftmenge durch den Schraubenkompressor
Um wirtschaftlich und energieeffizient zu arbeiten, wird dabei weiter durch die Steuerungs- und Regelgungseinheit
Dies basiert auf der Erkenntnis, dass unterhalb der Mindestdrehzahl die spezifische Energieaufnahme des Schraubenkompressorantriebs (d. h. z. B. die Energiemenge, die benötigt wird, um einen Kubikmeter (m3) Luft zu verdichten) sehr stark ansteigt. Mit anderen Worten wird somit vermieden, dass eine zu hohe Verlustleistung bzw. zu hohe Verluste entstehen.This is based on the realization that below the minimum speed the specific energy consumption of the screw compressor drive (ie eg the amount of energy needed to compress one cubic meter (m 3 ) of air) increases very much. In other words, it is thus avoided that excessive power loss or excessive losses occur.
Durch das Konstanthalten des Verhältnisses von Standzeit zur Einschaltzeit wird somit insgesamt erreicht, dass über die gesamte Betriebsdauer der Schraubenkompressor
Durch das Halten des Kompressors bei Betriebstemperatur über die gesamte Betriebsdauer hinweg wird sicher vermieden, dass es im Gehäuse
Durch die konstante Betriebstemperatur und das Halten des Schraubenkompressors
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Schraubenkompressorscrew compressor
- 1212
- Befestigungsflanschmounting flange
- 1414
- Eingangswelleinput shaft
- 1616
- Schraubenscrew
- 1818
- Schraubenscrew
- 2020
- Gehäusecasing
- 2222
- Öloil
- 2424
- Einlassstutzeninlet port
- 2626
- Luftfilterair filter
- 2828
- Lufteinlassair intake
- 3030
- Ventileinsatzvalve core
- 3232
- Luftzuführkanalair supply duct
- 3434
- Luftauslassrohrair discharge
- 3636
- Steigleitungriser
- 3838
- Temperaturfühlertemperature sensor
- 4040
- Halter für ein LuftentölelementHolder for an air de-oiling element
- 4242
- Luftentölelementexhaust filter
- 4444
- Filtersieb bzw. bekannte Filter- bzw. ÖlabscheidevorrichtungenFilter screen or known filter or Ölabscheidevorrichtungen
- 4646
- LuftausgangsöffnungAir outlet opening
- 4848
- Rückschlagventilcheck valve
- 5050
- MindestdruckventilMinimum pressure valve
- 5151
- Luftauslassair outlet
- 5252
- Steigleitungriser
- 5454
- Filter- und RückschlagventilFilter and check valve
- 5656
- Düsejet
- 5858
- ÖlrückführleitungOil return line
- 5959
- ÖlablassschraubeOil drain plug
- 6060
- Ansatzapproach
- 60a60a
- äußerer Ringouter ring
- 60b60b
- innerer Ringinner ring
- 6262
- Ölfilteroil filter
- 6464
- ÖlfiltereinlasskanalOil filter inlet duct
- 6666
- Thermostatventilthermostatic valve
- 6868
- RückführleitungReturn line
- 7070
- Lagercamp
- 7272
- Düsejet
- 7676
- Sicherheitsventilsafety valve
- 7878
- Bypassleitungbypass line
- 8080
- Entlastungsventilrelief valve
- 8282
- ÖllevelsensorOil Level Sensor
- 100100
- SchraubenkompressorsystemScrew compressor system
- 110110
- Steuerungs- und RegelungseinheitControl and regulation unit
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 3717493 A1 [0007] DE 3717493 A1 [0007]
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