DE102017006322A1

DE102017006322A1 - Druckluftversorgungsanlage zum Betreiben einer Pneumatikanlage eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102017006322A1
Application number: DE102017006322.2A
Authority: DE
Inventors: Marco Seeger
Original assignee: Wabco GmbH
Current assignee: ZF CV Systems Hannover GmbH
Priority date: 2017-07-05
Filing date: 2017-07-05
Publication date: 2019-01-10

Abstract

Druckluftversorgungsanlage, zum Betreiben einer Pneumatikanlage eines Fahrzeugs, aufweisend:- eine Druckquelle zur Bereitstellung von Niederdruck-Druckluft auf einem Niederdruckniveau und- eine Druckübersetzeranlage mit einem Lufttrockner und mit einem Druckübersetzer zur Bereitstellung von Hochdruck-Druckluft auf einem Hochdruckniveau unter Speisung der auf Niederdruckniveau verdichteten Niederdruck-Druckluft, dadurch gekennzeichnet, dass- die Druckquelle als eine externe Druckquelle außerhalb der Druckübersetzeranlage zur Speisung der auf Niederdruckniveau (ND) verdichteten Niederdruck-Druckluft gebildet ist, wobei die externe Druckquelle für eine weitere Fahrzeugfunktion ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckluftversorgungsanlage, zum Betreiben einer Pneumatikanlage eines Fahrzeugs, aufweisend eine Druckquelle zur Bereitstellung von Niederdruck-Druckluft auf einem Niederdruckniveau und eine Druckübersetzeranlage mit einem Lufttrockner und mit einem Druckübersetzer zur Bereitstellung von Hochdruck-Druckluft auf einem Hochdruckniveau unter Speisung der auf ein Niederdruckniveau verdichteten Niederdruck-Druckluft.
Eine Druckluftversorgungsanlage für ein Fahrzeug ist allgemein bekannt.
DE 10 2013 215 851 A1 offenbart eine Luftfederungsvorrichtung für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, umfassend einen ersten Drucklufttank, der so an den Verbrennungsmotor des Fahrzeugs angeschlossen ist, dass der Verbrennungsmotor Druckluft in den ersten Drucklufttank schieben kann, Luftfedern zur Federung des Fahrzeugs, einen zweiten Drucklufttank, der an die Luftfedern angeschlossen ist, und eine Druckluftleitung, die den ersten Drucklufttank mit dem zweiten Drucklufttank verbindet.
DE 10 2007 057 567 A1 betrifft eine pneumatische Niveauregeleinrichtung für Fahrzeuge mit zumindest einzelnen Fahrzeugrädern zugeordneten Luftfedern, deren Federraum über ein Leitungssystem jeweils mit einem Druckluftspeicher verbunden ist. Die Druckschwankungen in dem Federraum der Luftfedern werden über einen Druckumsetzer genutzt, um Druckluft in den Druckluftspeicher zu pumpen.
EP 196 338 B1 offenbart eine Erfindung, deren Aufgabe es ist, eine Vorrichtung zur Niveauregulierung bei Fahrzeugen bereitzustellen, die einen guten Wirkungsgrad aufweist. Gemäß dem kennzeichnenden Teil ist der Druckspeicher über ein aussteuerbares Wegeventil mit einer drucklosen Entspannungsleitung verbindbar. Auf diese Weise kann in vorgebbaren Betriebszuständen das Arbeitsfluid über die Entspannungsleitung abgelassen werden. Ansonsten kann die Vorrichtung zur Niveauregelung bei geschlossenem Wegeventil nach dem Prinzip der geschlossenen Luftversorgung arbeiten. Erfindungsgemäß kombiniert die Vorrichtung daher die offene mit der geschlossenen Luftversorgung.
Die vorgestellten Verfahren sind zwar grundsätzlich vorteilhaft in Ihrem Ansatz, insbesondere einer wirtschaftlichen Nutzung vorhandener Energiequellen zur Drucklufterzeugung. Das Konzept ist aber noch verbesserungswürdig hinsichtlich der Nutzung vorhandener Energie. Wünschenswert wäre es daher, die Vorteile unterschiedlicher Ansätze zu kombinieren, insbesondere die Zahl der benötigten Druckquellen in einem Fahrzeug zur Bereitstellung verdichteter Luft zu reduzieren.
An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, in verbesserter Weise eine Druckluftversorgung für ein Fahrzeug anzugeben, insbesondere bereits vorhandene Druckquellen eines Fahrzeugs zur Bereitstellung von verdichteter Luft zu nutzen.
Die Aufgabe, betreffend das Verfahren, wird durch die Erfindung mit einer Druckluftversorgungsanlage des Anspruchs 1 gelöst. Die Erfindung geht aus von einer Druckluftversorgungsanlage zum Betreiben einer Pneumatikanlage eines Fahrzeugs, aufweisend eine Druckquelle zur Bereitstellung von Niederdruck-Druckluft auf einem Niederdruckniveau und eine Druckübersetzeranlage mit einem Lufttrockner und mit einem Druckübersetzer zur Bereitstellung von Hochdruck-Druckluft auf einem Hochdruckniveau unter Speisung der auf ein Niederdruckniveau verdichteten Niederdruck-Druckluft.
Erfindungsgemäß ist bei der Druckluftversorgungsanlage vorgesehen, dass die Druckquelle als eine externe Druckquelle außerhalb der Druckübersetzeranlage zur Speisung der auf ein Niederdruckniveau (ND) verdichteten Niederdruck-Druckluft gebildet ist, wobei die externe Druckquelle für eine weitere Fahrzeugfunktion ausgebildet ist.
Die Erfindung geht aus von der Überlegung, dass die eingangs vorgestellten Verfahren sind zwar grundsätzlich vorteilhaft sind in Ihrem Ansatz, eine Erzeugung von Druckluft ohne aktive, d. h. primär zur Druckerzeugung vorhandene Systeme zu erreichen, beispielsweise durch die Nutzung von Abluft oder die Pumpbewegung einer betriebsbedingt in Bewegung versetzten Feder-Dämpfer-Einheit.
Die Erfindung hat erkannt, dass dieser Ansatz jedoch nicht ausreichend ist, um gasförmige Medien auf ein für in vielen Fällen gefordertes Druckniveau, insbesondere in Bereichen ab 15 bar, zu verdichten.
Weiterhin hat die Erfindung erkannt, dass vorhandene, insbesondere teilweise oder vollständig nicht anderweitig genutzte, Druckluft eines Motors, insbesondere verdichtetes Abgas, oder weiterer, primär anderen Zwecken dienender Druckluftversorgungssysteme eines Fahrzeugs mittels eines Druckübersetzers frei von weiterer Energiezuführung zu einem höheren Druckniveau verdichtet werden können.
Dies führt insbesondere zu dem Vorteil, dass für den Betrieb von Fahrzeugfunktionen benötigte Druckluft nicht ein zusätzlicher Verdichter eingesetzt werden muss, sondern vorhandene Systeme in effizienter Weise zur Drucklufterzeugung eingesetzt werden können.
Durch eine Druckluftversorgungsanlage gemäß dem Konzept der Erfindung werden Kosten, Energiebedarf, Gewicht und Bauraum eines zusätzlichen Verdichters samt Peripherie und Anschlusskabel eingespart und somit das Fahrzeug hinsichtlich wirtschaftlicher und technischer Aspekte verbessert. Auf diese Weise wird ebenfalls ein Beitrag zum Umweltschutz erzielt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung 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.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die externe Druckquelle als ein Motor oder als eine dem Motor des Fahrzeugs zugeordnete Druckquelle, insbesondere Turbolader, gebildet ist. Konkret kann dies bedeuten, dass die Druckquelle dem Motor des Fahrzeugs zugordnet ist und primär für eine weitere, insbesondere den Motor betreffende Fahrzeugfunktion, ausgebildet ist. Diese Fahrzeugfunktion kann insbesondere die Bereitstellung von verdichteter Luft, insbesondere Ladeluft, für die Verbrennung innerhalb der Zylinder des Motors sein. Das Verdichten erfolgt in diesem Falle insbesondere durch einen von Abgasen des Motors angetriebenen Abgasturbolader. Eine derartige Weiterbildung führt zu dem Vorteil, dass verdichtete Luft für den Betrieb der Pneumatikanlage mittels einer bereits für eine weitere Fahrzeugfunktion vorhandenen Druckquelle erzeugt wird. Insbesondere ist dies vorteilhaft bei nicht benötigter Ladeluft, welche ansonsten zwecks Druckabbau in die Umgebungsluft geleitet würde. Gemäß dem Konzept der Erfindung kann diese verdichtete, jedoch für die weitere Fahrzeugfunktion nicht benötigte Luft für den Betrieb der Pneumatikanlage genutzt werden und die Effizienz des Fahrzeug und insbesondere der Druckluftversorgungsanlage erhöht werden.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass die externe Druckquelle als ein externer Lader, insbesondere als Supercharger oder externer mechanischer Kompressor oder elektrischer Kompressor, gebildet ist. Dies beinhaltet konkret, dass ein externer Motorlader, der primär zur Erfüllung einer weiteren Fahrzeugfunktion ausgebildet ist, gemäß dem Konzept der Erfindung zur Bereitstellung von verdichteter Luft für den Betrieb einer Pneumatikanlage genutzt wird. Im Unterschied zu einem Abgasturbolader wird bei dieser Weiterbildung ein externer Lader, der primär zur Bereitstellung von verdichteter Luft, insbesondere Ladeluft für den Motor, eingesetzt wird, als externe Druckquelle genutzt. Ein derartiger externer Lader kann beispielsweise ein vom Motor über eine Welle angetriebener mechanischer Verdichter sein oder ein über einen elektrischen Antrieb verfügender Verdichter. Analog zur Weiterbildung mit Turbolader als externer Druckquelle kann auch in dieser Weiterbildung nicht genutzte Ladeluft in effizienter Weise gemäß dem Konzept der Erfindung vorteilhaft zum Betrieb einer Pneumatikanlage eingesetzt werden.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die externe Druckquelle (130) als eine Unterdruckpumpe gebildet ist. Dies kann konkret beinhalten, dass die durch eine Unterdruckpumpe - insbesondere als Abfallprodukt bei der Vakuumerzeugung - erzeugte Druckluft mittels des Druckübersetzers gemäß dem Konzept der Erfindung zum Betrieb einer Pneumatikanlage genutzt werden. Eine derartige Unterdruckpumpe kann entweder, insbesondere bei Verbrennungsmotoren, als über eine Zwischenwelle mechanisch vom Motor angetriebener Verdichter ausgebildet sein. In diesem Falle ist der Antrieb der Unterdruckpumpe mit dem eines mechanischen Laders vergleichbar. Weiterhin kann die Unterdruckpumpe - insbesondere in einem Fahrzeug mit Elektromotor - als elektrisch betriebener Einzelverdichter ausgebildet sein. Gleichwohl ist es theoretisch möglich, mit dem Druckübersetzer auch Unterdrücke zu verstärken. In diesem Falle ist die Unterdruckpumpe insbesondere hinsichtlich ihres Antriebs mit einer sonstigen externen, insbesondere elektrisch betriebenen, Druckquelle vergleichbar.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass Abgasdruck des Motors direkt oder mittels des Turboladers zur Speisung des Druckübersetzers genutzt wird (Abgas). Konkret kann dies die direkte Nutzung von Abgasen zur Bereitstellung verdichteter Luft zum Betrieb einer Pneumatikanlage beinhalten, welche gemäß dem Konzept der Erfindung über einen Druckübersetzer auf einen in der Pneumatikanlage nutzbaren Druck verdichtet werden kann. Das Abgas, welches sonst allenfalls einer weiteren Fahrzeugfunktion wie beispielsweise der Abgasrückführung, dient, wird in dieser Weiterbildung vorteilhaft für den Betrieb der Pneumatikanlage eingesetzt und beeinflusst in positiver Weise die Effizienz des Fahrzeugs und insbesondere der Druckluftversorgung.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass der Lader durch eine oder mehrere der externen Druckquellen gebildet ist, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus: Turbolader, Abgasrückführung, Externer Lader, insbesondere mechanischer Kompressor, elektrischer Kompressor oder Supercharger, oder dergleichen Verdichtermittel zur Aufladung des Motors. Konkret kann dies bedeuten, dass auch mehrere der oben genannten externen Druckquellen, oder auch weitere externe Druckquellen, zur Erzeugung von verdichteter Luft mittels eines Druckübersetzers kombiniert werden können. Dies kann beispielsweise erfolgen, indem verdichtete Luft mehrerer externer Druckquellen gleichzeitig dem Eingang des Druckübersetzers bereitgestellt wird, um verdichtete Luft gemäß dem Konzept der Erfindung zu erzeugen. Weiter kann ebenfalls verdichtete Luft verschiedener externer Druckquellen jeweils zu verschiedenen Zeitpunkten, praktisch in abwechselnder Reihenfolge, dem Eingang des Druckübersetzers bereitgestellt werden. Auf diese Weise kann, je nach Verfügbarkeit verdichteter Luft und der Betriebsbedingungen des Fahrzeugs, die am besten geeignete externe Druckluftquelle ausgewählt werden.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Druckübersetzer praktisch kontinuierlich, insbesondere durch einen beidseitig druckbeaufschlagbaren Kolben, verdichtet. Konkret kann dies bedeuten, dass der Druckübersetzer als ein einstufiger, doppelt wirkender Druckübersetzer ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass beide Hubwege, insbesondere die Vor- und Rückbewegung, des Kolbens zur Verdichtung von Luft genutzt werden und auf diese Weise eine praktisch kontinuierliche Verdichtung und damit praktisch beständige Bereitstellung von verdichteter Luft erfolgt.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass der Druckübersetzer mindestens zwei voneinander getrennte Medienkreise, insbesondere einen Niederdruckkreis und einen Hochdruckkreis, aufweist. Dies beinhaltet konkret die systembedingte Trennung der Niederdruckstufe und der Hochdruckstufe des Druckübersetzers.
Auf diese Weise kann ein Medium zur Verdichtung eines anderen Mediums genutzt werden, ohne dass sich beide Medien vermischen. Dies führt zu dem Vorteil, dass beispielsweise anderweitig verdichtete Luft, beispielsweise aus einem oder mehreren abgeschalteten Zylindern, vorteilhaft für den Betrieb einer Pneumatikanlage eingesetzt werden kann, ohne dass diese Luft in den Kreislauf der Pneumatikanlage gelangt.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Druckluftversorgungsanlage weiterhin einen Druckmittelvorratsbehälter zur Speicherung der auf ein Hochdruckniveau verdichteten Druckluft aufweist. Konkret kann dies bedeuten, dass ein Druckmittelvorratsbehälter als Druckspeicher über eine geeignete Ventilanordnung zum Befüllen und Entleeren des Speichers bzw. zum Speichern und Abrufen verdichteter Luft in einer Druckversorgungsanlage gemäß dem Konzept der Erfindung eingesetzt wird. Dies führt zu dem Vorteil, dass der Zeitpunkt der Erzeugung der Druckluft von dem Zeitpunkt der Nutzung der Druckluft entkoppelt werden kann. So wird in vorteilhafter Weise die Abhängigkeit der Druckluftversorgungsanlage von der externen Druckquelle, welche gemäß dem Konzept der Erfindung besteht, verringert.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Pneumatikanlage eine Luftfederanlage, insbesondere eine Niveauregelung, einen Kupplungsverstärker oder dergleichen aufweist. Konkret bedeutet dies, dass ein oder mehrere der genannten Druckluftverbraucher, oder auch weitere Druckluftverbraucher von der Druckluftversorgungsanlage gemäß dem Konzept der Erfindung versorgt werden können.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Druckübersetzeranlage aus mehreren, kaskadiert angeordneten Druckübersetzern gebildet ist. Konkret kann dies bedeuten, dass der Druckübersetzer-Ausgang eines Druckübersetzers mit dem Druckübersetzer-Eingang eines weiteren Druckübersetzers verbunden ist. Durch eine derartige Mehrfachanordnung von Druckübersetzern kann der Druck der verdichteten Luft in vorteilhafter Weise weiter erhöht werden. Auf diese Weise kann mit einem relativ geringen Eingangsdruck ein relativ hoher Ausgangsdruck erzeugt werden. Ein so erreichtes, hohes Druckübersetzungsverhältnis erweitert den Bereich der einsetzbaren externen Druckquellen und auch der Anwendungsgebiete der Druckluftversorgungsanlage gemäß dem Konzept der Erfindung.
Insbesondere ist vorgesehen, dass zwischen einem Druckübersetzer-Ausgang des Druckübersetzers und einer Verbindungsleitung, insbesondere an einer Druckzuleitung, ein Druckmittelvorratsbehälter angeordnet ist. Insbesondere bedeutet dies konkret, dass ein Druckmittelvorratsbehälter als Druckspeicher derartig angeordnet ist, dass er die vom Druckübersetzer verdichtete Luft, die am Druckübersetzer-Ausgang bereitgestellt wird, speichern kann, bevor die Luft an einem späteren Zeitpunkt der Pneumatikanlage zugeführt wird. Auf diese Weise wird ebenfalls die Erzeugung und der Verbrauch der verdichteten Luft voneinander entkoppelt und somit die Abhängigkeit der Pneumatikanlage von der mindestens einen externen Druckquelle verringert. Verglichen mit der Niederdruckstufe des Druckübersetzers wird die Luft in einer derartigen Weiterbildung auf einem relativ hohen Druckniveau abgespeichert. Dies führt unter anderem zu dem Vorteil, dass für die Speicherung einer bestimmten Luftmenge aufgrund des höheren Druckes weniger Volumen benötigt wird. Auf diese Weise kann beispielsweise der Bauraum des Druckmittelvorratsbehälters verringert werden.
Die Erfindung führt im Rahmen der Aufgabenstellung weiterhin auf ein Fahrzeug, insbesondere ein Personenkraftfahrzeug, Nutzfahrzeug oder dergleichen, mit mindestens einer weiteren Fahrzeugfunktion 150, einer externen Druckquelle, einer Pneumatikanlage und einer Druckluftversorgungsanlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche mit einer Druckübersetzeranlage. In diesem Fahrzeug werden die Vorteile der Druckluftversorgungsanlage in vorteilhafter Weise genutzt.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung 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 Ausführungsformen 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. Der Einfachheit halber sind nachfolgend für identische oder ähnliche Teile oder Teile mit identischer oder ähnlicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:

1A eine schematische Darstellung einer Druckluftversorgungsanlage 200 eines Fahrzeugs 1000 gemäß dem Konzept der Erfindung in unterschiedlichen Ausführungsformen,
1B eine alternative Ausführungsform einer Druckübersetzeranlage in einer zweistufigen, kaskadierten Ausführung,
2 eine schematische Darstellung einer besonders bevorzugten Ausführungsform einer Druckübersetzeranlage 100 und
3 eine schematische Darstellung einer besonders bevorzugten Ausführungsform eines Druckübersetzers 110.

1A zeigt eine Druckluftversorgungsanlage 200 eines Fahrzeugs 1000, insbesondere eines Personenkraftfahrzeugs (1000') oder Nutzfahrzeugs (1000'), zur Versorgung einer Pneumatikanlage 300 gemäß dem Konzept der Erfindung in fünf möglichen verschiedenen Ausführungsformen I, II, III, IV und V.
Die Druckübersetzeranlage 100 weist vorliegend einen - symbolhaft dargestellten - Druckübersetzer (110) auf und verfügt je nach Ausführungsform I, II, III, IV oder V über einen Druckübersetzer-Eingang 112A, 112B, 112C, 112D oder 112 E und über eine sich dem Druckübersetzer-Ausgang 114 anschließende Druckzuleitung 120. Die Druckzuleitung 120 kann beispielsweise als Galerie oder dergleichen ausgebildet sein zur Versorgung einer Pneumatikanlage 300 eines Fahrzeugs 1000, insbesondere einer Luftfederanlage 301, insbesondere in Form einer Niveauregelung 301'. Alternativ oder zusätzlich kann ebenfalls die Pneumatikanlage noch weitere Komponenten aufweisen, beispielsweise einen Kupplungsverstärker 302 oder dergleichen Druckluftverbraucher. Im Falle einer Luftfederanlage 301 besteht die Pneumatikanlage im Wesentlichen aus vier Luftfedern 302, 304, 306, 308, die jeweils einem Rad 312, 314, 316, 318 des Fahrzeugs 1000 zugeordnet sind.
Je nach Ausführungsform kann die Druckluftversorgungsanlage 200 gemäß dem Konzept der Erfindung über eine unterschiedliche Druckquelle 128, insbesondere externe Druckquelle 130, verfügen. In 1A sind beispielhaft fünf Ausführungsformen I, II, III, IV und V dargestellt. In der Ausführungsform I wird die Druckübersetzeranlage 100 gemäß einer Abgasrückführung AGR mit den Abgasen eines Motors 152 versorgt, der primär einer weiteren Fahrzeugfunktion 150, nämlich dem Antrieb des Fahrzeug 1000, dient.
Gemäß dieser Ausführungsform wird der Abgasdruck AD des Abgases des Motors 152 genutzt, um Luft mittels der Druckübersetzeranlage 100auf ein Hochdruckniveau HD zu verdichten und einer Pneumatikanlage 300 zur Verfügung zu stellen.
Weiterhin ist es gemäß der Ausführungsform II ebenfalls möglich, zur Versorgung der Druckübersetzeranlage 100 verdichtete Luft, insbesondere auf ein Niederdruckniveau ND verdichtete Druckluft, zu verwenden, welche in einem Motorlader, insbesondere Turbolader 154, des Motors 152 verdichtet wurde. Diese verdichtete Luft, insbesondere auf ein Niederdruckniveau ND verdichtete Druckluft, welche primär einer weiteren Fahrzeugfunktion 150' dient, insbesondere der Versorgung des Motors 152 mit verdichteter Luft zur Verbrennung, wird gemäß dem Konzept der Erfindung über ein Abzweigventil 118' entnommen. Von dort wird es über den Druckübersetzer-Eingang 112B der Druckübersetzeranlage 100 zugeführt.
Ebenso ist es weiterhin gemäß einer dritten Ausführungsform III möglich, die Druckübersetzeranlage mittels eines externen Laders 156, insbesondere eines mechanischen Kompressors 156', eines elektrischen Kompressors 156" oder eines Superchargers 156“‘, mit Druckluft, insbesondere auf ein Niederdruckniveau ND verdichtete Druckluft, zu versorgen. Ein derartiger externer Lader 156 wird im Gegensatz zu einem Motorlader 154 nicht mit den Abgasen eines Motors 152 betrieben, sondern wird über eine mechanische Verbindung, insbesondere Welle 162, von dem Motor angetrieben oder ist alternativ als elektrisch angetriebener Motorlader ausgebildet. Auch in dieser Ausführungsform dient der externe Lader 156 als externe Druckquelle 130 primär einer weiteren Fahrzeugfunktion 150', nämlich der Versorgung des Motors 152 mit verdichteter Luft, insbesondere auf ein Niederdruckniveau ND verdichtete Druckluft. Diese verdichtete Luft wird gemäß dem Konzept der Erfindung über ein Abzweigventil 118", weiter über den Druckübersetzer-Eingang 112C der Druckübersetzeranlage 100 zugeführt.
Auch ist es gemäß einer vierten hier beispielhaft dargestellten Ausführungsform IV möglich, die Druckübersetzeranlage 100 mit verdichteter Luft, insbesondere auf ein Niederdruckniveau ND verdichtete Druckluft, von einer sonstigen externen Druckquelle 158 zu versorgen. Diese sonstige externe Druckquelle 158 kann beispielsweise als elektrisch betriebener Kompressor ausgebildet sein, und primär der Erfüllung einer weiteren Fahrzeugfunktion 150" dienen. Auch kann die sonstige externe Druckquelle 158 als Druckmittelvorratsbehälter ausgebildet sein, der in dem Fahrzeug 1000 und insbesondere in der Druckluftversorgungsanlage 200 zum Aufnehmen, Speichern und Abrufen von verdichteter Luft eingesetzt wird. In dieser Ausführungsform IV wird die verdichtete Luft, insbesondere auf ein Niederdruckniveau ND verdichtete Druckluft, über ein Abzweigventil 118“‘ und weiter über einen Druckübersetzer-Eingang 112D zur Druckübersetzeranlage 100 geführt.
Schließlich zeigt eine fünfte Ausführungsform V eine Unterdruckpumpe 160, welche zur Speisung der Druckübersetzeranlage 100 mit diesem über einen Druckübersetzer-Eingang 112E gasführend verbunden ist. Die Unterdruckpumpe 160, welche vorliegend einer weiteren Fahrzeugfunktion 150“‘ dient, erzeugt insbesondere als Beiprodukt der Unterdruckerzeugung Druckluft, insbesondere auf ein Niederdruckniveau ND verdichtete Druckluft, welche über den Druckübersetzer-Eingang 112E der Druckübersetzeranlage 100 zugeführt wird.
1B zeigt stark vereinfacht eine alternative Ausführungsform einer Druckübersetzeranlage 100' in einer zweistufigen, kaskadierten Ausführung. In dieser weist die Druckübersetzeranlage 100' einen ersten Druckübersetzer 110A und einen zweiten Druckübersetzer 110B auf. Diese sind derartig angeordnet, dass eine Hochdruckkammer 252A und eine Hochdruckkammer 252A‘ des ersten Druckübersetzers 110A jeweils über eine Verbindungsleitung 124, 124' mit einer Niederdruckkammer 242B‘ des zweiten Druckübersetzers 110B gasführend in Verbindung steht. Auf diese Weise kann vorteilhaft die in den Hochdruckkammern 252A, 252A‘ des ersten Druckübersetzers 110A bereits von einem Niederdruckniveau ND auf ein Hochdruckniveau HD verdichtete Luft genutzt werden, um mittels Beaufschlagung der Niederdruckkammer 242B‘ des zweiten Druckübersetzers 110B Luft in einer Hochdruckkammer 252B und einer Hochdruckkammer 252B‘des zweiten Druckübersetzers 110B auf ein noch höheres Hochdruckniveau HD2 zu verdichten. Diese auf ein noch höheres Hochdruckniveau HD2 verdichtete Druckluft wird schließlich über einen hier vereinfacht gezeigten Druckübersetzer-Ausgang 114 bereitgestellt. Die Verbindungsleitungen 124, 124' sind vorliegend als Hochdruckkammer-Ausgänge und gleichzeitig als Niederdruckkammer-Zuleitungen des zweiten Druckübersetzers 110B zu betrachten. Je nach Bedarf, insbesondere nach benötigtem Druckniveau, ist es möglich, weitere Stufen, also eine dritte, vierte usw. Stufe, in der Druckübersetzeranlage 100' vorzusehen.
2 zeigt in einer besonders bevorzugten Ausführungsform eine Druckluftversorgungsanlage 200 gemäß dem Konzept der Erfindung zur Versorgung einer Pneumatikanlage 300.
Eine in dieser Ausführungsform als Kompressor ausgebildete externe Druckquelle 130 verdichtet Luft primär zur Erfüllung einer weiteren Fahrzeugfunktion, nämlich der Versorgung eines Motors mit verdichteter Luft zur Verbrennung. Diese verdichtete Luft wird dem Motor über eine Motordruckluftzuleitung 116 bereitgestellt. Gemäß dem Konzept der Erfindung wird von der Motordruckluftzuleitung 116 über ein Abzweigventil 118 verdichtete Luft entnommen, um sie über den Druckübersetzer-Eingang 112 dem Druckübersetzer 110 zuzuführen. Hierbei kann das Abzweigventil 118 derartig ausgebildet sein, dass es die von der externen Druckquelle 130 verdichtete Luft teilweise oder vollständig gemäß einem einstellbaren Verhältnis dem Druckübersetzer 110 zuführt.
Auch kann das Abzweigventil 118 derartig ausgebildet sein, dass oberhalb eines vorbestimmten, für den Betrieb des Motors benötigten Druckwertes, die verdichtete Luft aus der externen Druckquelle 130 über den Druckübersetzer-Eingang 112 dem Druckübersetzer 110 zugeführt wird in einem Maße, dass der Druck in der Motordruckluftzuleitung 116 praktisch konstant gehalten wird. Dieses voreingestellte Verhältnis kann zeitlich veränderlich eingestellt werden. Der Druckübersetzer 110 wird weiterhin über eine Frischluftzuleitung 122 mit Luft, insbesondere unverdichteter Luft, versorgt.
Über den Druckübersetzer-Ausgang 114 wird die im Druckübersetzer 110 verdichtete Luft einem Lufttrockner 140 zugeführt. Von dem Lufttrockner 140 gelangt die verdichtete und getrocknete Luft über eine Druckluftzuleitung 120, insbesondere eine Galerie, und weiterhin einer Pneumatikanlagen-Zuleitung 126 zur Pneumatikanlage 300.
Weiterhin weist die dargestellte Druckluftversorgungsanlage 200 vorliegend einen Druckspeicher bzw. Druckmittelvorratsbehälter 180, welcher über eine Speicher-Ventilanordnung 182 und eine Speicher-Zuleitung 181 mit der Druckluftzuleitung 120 gasführend verbindbar angeordnet ist. Mittels des Druckmittelvorratsbehälters 180 kann über die Druckübersetzeranlage 100 vorteilhaft zu einem bestimmten Zeitpunkt Druckluft erzeugt werden, auch wenn diese von der Pneumatikanlage 300 zu diesem Zeitpunkt nicht benötigt wird. In diesem Fall ist die Speicher-Ventilanordnung 182 derartig geschaltet, dass die Verbindung zwischen Druckluftzuleitung 120 und Pneumatikanlagen-Zuleitung 126 unterbrochen ist und die in der Druckübersetzeranlage 100 erzeugte Druckluft dem Druckmittelvorratsbehälter 180 über die Druckluftzuleitung 120 und weiter über die Speicher-Zuleitung 181 zugeführt wird und im Druckmittelvorratsbehälter 180 gespeichert wird. Dies kann insbesondere der Fall sein, wenn ein Motor, welchem die externe Druckquelle 130 zuzuordnen ist, unter Volllast fährt und somit ein Druckluftüberschuss entsteht, welcher zu diesem Zeitpunkt nicht verwertet werden kann.
Weiterhin kann die im Druckmittelvorratsbehälter 180 gespeicherte Druckluft zu einem späteren Zeitpunkt, insbesondere an dem die Pneumatikanlage 300 Druckluft benötigt und die externe Druckquelle 130 momentan keine oder nicht ausreichend Druckluft produziert, durch ein entsprechendes Schalten der Speicher-Ventilanordnung 182 abgerufen werden. In einem derartigen Fall wird die im Druckmittelvorratsbehälter 180 gespeicherte Druckluft über die Speicher-Zuleitung 181, die Speicher-Ventilanordnung 182 und die Pneumatikanlagen-Zuleitung 126 der Pneumatikanlage 300 zugeführt.
3 zeigt in einer schematischen Darstellung die prinzipielle Funktionsweise eines Druckübersetzers 110. Bei der hier dargestellten Ausführungsform des Druckübersetzers 110 handelt es sich um einen doppelt wirkenden Druckübersetzer mit zwei Hochdruckkolben 250, 250' für eine praktisch kontinuierliche Verdichtung von Luft. Hierbei sind die Hochdruckkolben 250, 250' einem Hochdruckkreis 256 zuzuordnen.
Frischluft, insbesondere Umgebungsluft, gelangt über eine Frischluftzuleitung 122 zu jeweils einem niederdruckseitigen Rückschlagventil 220, 220'. Über den Druckübersetzer-Eingang 112 wird auf ein Niederdruckniveau ND verdichtete Luft, die gemäß dem Konzept der Erfindung aus einer hier nicht dargestellten Druckquelle 128 stammt, mittels eines Steuerventils 210 je nach Stellung des Steuerventils 210 in die Niederdruckkammer-Zuleitung 212 oder 212' eines Niederdruckkreises 246 geleitet. Je nach Stellung des Steuerventils 210 bzw. nach verbundener Niederdruckkammer-Zuleitung wird ein beidseitig druckbeaufschlagbarer Niederdruckkolben 240 einseitig mit Druck beaufschlagt, so dass er sich in eine Richtung bewegt. Die Stellung des Steuerventils 210 erfolgt in Abhängigkeit der Signale der Kolbensensoren 230, 230'.
Im Falle, dass die verdichtete Luft durch das Steuerventil 210 in die Niederdruckkammer-Zuleitung 212 geleitet wird, findet ein Druckaufbau in der Niederdruckkammer 242, in 3 links des Niederdruckkolbens 240 angeordnet, statt, der zu einer Verschiebung des Niederdruckkolben 240 nach rechts führt.
Dadurch, dass der Niederdruckkolben jeweils über eine Kolbenstange 254 mit den Hochdruckkolben 250, 250' starr verbunden ist, führen bei einer Rechtsbewegung des Niederdruckkolben 240 die Hochdruckkolben 250, 250' in gleicher Weise eine Bewegung nach rechts durch.
Gemäß der Funktionsweise eines Druckübersetzers wird aufgrund der Tatsache, dass der Niederdruckkolben 240 eine größere Oberfläche aufweist als der Hochdruckkolben 250, 250', im Hochdruckkolben 250, 250' ein Hochdruck-Druckluft HDL auf einem Hochdruckniveau HD erzeugt, das höher ist als das Niederdruckniveau ND, mit dem der Niederdruckkolben 240 beaufschlagt wurde.
Durch die Rechtsbewegung der Kolbenanordnung entsteht in der linken Hochdruckkammer 252 ein Unterdruck, welcher zu einem Ansaugen von Frischluft aus der Frischluftzuleitung 122 gegen die Rückstellkraft des niederdruckseitigen Rückschlagventils 220 in die Hochdruckkammer 252 führt.
Gleichzeitig entsteht durch die Rechtsbewegung der Kolbenanordnung in der rechten Hochdruckkammer 252' ein Überdruck, d.h. die in der rechten Hochdruckkammer 252' befindliche Luft wird verdichtet. Bei Überschreiten eines vorbestimmten Drucks wird ein hochdruckseitiges Rückschlagventil 222', welches über einen Hochdruckkammer-Ausgang 214' mit der Hochdruckkammer 252' gasführend verbunden ist, gegen seine Rückstellkraft geöffnet und die verdichtete Luft zum Druckübersetzer-Ausgang 114 geleitet. Gleichzeitig verhindert das niederdruckseitige Rückschlagventil 220' ein Entweichen der verdichteten Luft in Richtung der Frischluftzuleitung 122.
Sobald der Niederdruckkolben 240 am Ende der Rechtsbewegung eine Endposition in der Niederdruck, 242 erreicht hat, wird dies von dem Kolbensensor 230' registriert. Daraufhin wird über eine Signalverbindung zum Steuerventil 210 das Erreichen der Endposition des Niederdruckkolbens 240 an das Steuerventil 210 gemeldet. Auf dieses Signal des Kolbensensors 230' schaltet das Steuerventil 210 die Zuordnung der Ein- und Ausgänge um, so dass der Druckübersetzer-Eingang 112 nunmehr mit der Niederdruckkammer-Zuleitung 212' verbunden ist.
Daraufhin vollzieht die Kolbenanordnung, durch die Ausschlagung der rechten Seite des Niederdruckkolbens 240 mit verdichteter Luft aus dem Druckübersetzer-Eingang 112, eine Linksbewegung. In analoger Weise wird dadurch die Luft in der linken Hochdruckkammer 252 verdichtet und durch ein hochdruckseitiges Rückschlagventil 222, welches über einen Hochdruckkammer-Ausgang 214 mit der Hochdruckkammer 252 gasführend verbunden ist, dem Druckübersetzer-Ausgang 114 zugeführt.
Bezugszeichenliste

100, 100': Druckübersetzeranlage
110, 110A, 110B: Druckübersetzer
112, 112A- 112D: Druckübersetzer-Eingang
114: Druckübersetzer-Ausgang
116: Motordruckluftzuleitung
118, 118‘- 118“‘: Abzweigventil, Blow-Off-Ventil
120: Druckzuleitung, Galerie
122: Frischluftzuleitung
124: Verbindungsleitung
126: Pneumatikanlagen-Zuleitung
128: Druckquelle
130: externe Druckquelle
140: Lufttrockner
150, 150', 150": weitere Fahrzeugfunktion
152: Motor
154: Motorlader, Turbolader
156: Externer Lader
156': Mechanischer Kompressor
156": Elektrischer Kompressor
156“‘: Supercharger
158: Sonstige externe Druckquelle
160: Unterdruckpumpe
162: Welle
180: Druckmittelvorratsbehälter
181: Speicher-Zuleitung
182: Speicher-Ventilanordnung
200: Druckluftversorgungsanlage
210: Steuerventil, 4/2-Wegeventil
212: Niederdruckkammer-Zuleitung
214: Hochdruckkammer-Ausgang
220: Niederdruckseitiges Rückschlagventil
222: Hochdruckseitiges Rückschlagventil
230,230': Kolbensensor
240: Niederdruckkolben
242: Niederdruckkammer
246: Niederdruckkreis
250, 250': Hochdruckkolben
252, 252`: Hochdruckkammer
254: Kolbenstange
256: Hochdruckkreis
260: Umgebungsluftanschluss
270: Luftauslass
300: Pneumatikanlage
301: Luftfederanlage
301': Niveauregelung
302: Kupplungsverstärker
302, 304, 306, 308: Luftfeder
312,314,316,318: Rad
1000: Fahrzeug
I, II, III, IV, V: Bauformen I, II, III, IV, V
AD: Abgasdruck
AGR: Abgasrückführung
HD: Hochdruckniveau
HD2: Noch höheres Hochdruckniveau
HDL: Hochdruck-Druckluft
ND: Niederdruckniveau
NDL: Niederdruck-Druckluft

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102013215851 A1 [0003]
DE 102007057567 A1 [0004]
EP 196338 B1 [0005]

Claims

Druckluftversorgungsanlage (200), zum Betreiben einer Pneumatikanlage (300) eines Fahrzeugs (1000), aufweisend: - eine Druckquelle (128) zur Bereitstellung von Niederdruck-Druckluft (NDL) auf einem Niederdruckniveau (ND) und - eine Druckübersetzeranlage (100) mit einem Lufttrockner (140) und mit einem Druckübersetzer (110) zur Bereitstellung von Hochdruck-Druckluft (HDL) auf einem Hochdruckniveau (HD) unter Speisung der auf ein Niederdruckniveau (ND) verdichteten Niederdruck-Druckluft (NDL), dadurch gekennzeichnet, dass - die Druckquelle (128) als eine externe Druckquelle (130) außerhalb der Druckübersetzeranlage (100) zur Speisung der auf ein Niederdruckniveau (ND) verdichteten Niederdruck-Druckluft (NDL) gebildet ist, wobei die externe Druckquelle (130) für eine weitere Fahrzeugfunktion (150) ausgebildet ist.
Druckluftversorgungsanlage (200) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - die externe Druckquelle (130) als ein Motor (152) oder als eine dem Motor (152) des Fahrzeugs (1000) zugeordnete Druckquelle (130), insbesondere Turbolader (154), gebildet ist.
Druckluftversorgungsanlage (200) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die externe Druckquelle (130) als ein externer Lader (156), insbesondere als Supercharger (156“‘) oder externer mechanischer Kompressor (156') oder elektrischer Kompressor (156"), gebildet ist.
Druckluftversorgungsanlage (200) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die externe Druckquelle (130) als eine Unterdruckpumpe (160) gebildet ist.
Druckluftversorgungsanlage (200) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Abgasdruck (AD) des Motors (152) direkt oder mittels des Turboladers (154) zur Speisung des Druckübersetzers (110) genutzt wird (Abgas).
Druckluftversorgungsanlage (200) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lader durch eine oder mehrere der externen Druckquellen (130) gebildet ist, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus: Turbolader (154), Abgasrückführung (AGR), Externer Lader (156), insbesondere mechanischer Kompressor (156'), elektrischer Kompressor (156") oder Supercharger (156“‘), oder dergleichen Verdichtermittel zur Aufladung des Motors (152).
Druckluftversorgungsanlage (200) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckübersetzer (110) praktisch kontinuierlich, insbesondere durch einen beidseitig druckbeaufschlagbaren Kolben (240), verdichtet.
Druckluftversorgungsanlage (200) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckübersetzer (110) mindestens zwei voneinander getrennte Medienkreise (246, 256), insbesondere einen Niederdruckkreis (246) und einen Hochdruckkreis (256), aufweist.
Druckluftversorgungsanlage (200) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluftversorgungsanlage (200) weiterhin einen Druckmittelvorratsbehälter (180) zur Speicherung der auf ein Hochdruckniveau verdichteten Druckluft aufweist.
Druckluftversorgungsanlage (200) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pneumatikanlage (300) eine Luftfederanlage (301), insbesondere eine Niveauregelung (301'), einen Kupplungsverstärker (302) oder dergleichen, aufweist.
Druckluftversorgungsanlage (200) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckübersetzeranlage (110) aus mehreren, kaskadiert angeordneten Druckübersetzern (100) gebildet ist.
Druckluftversorgungsanlage (200) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Druckübersetzer-Ausgang (114) des Druckübersetzers (110) und einer Verbindungsleitung (124), insbesondere an einer Druckzuleitung (120), ein Druckmittelvorratsbehälter (180) angeordnet ist.
Fahrzeug (1000), insbesondere Personenkraftfahrzeug (1000'), Nutzfahrzeug (1000") oder dergleichen, mit mindestens einer weiteren Fahrzeugfunktion (150), einer externen Druckquelle (130), einer Pneumatikanlage (300) und einer Druckluftversorgungsanlage (200) nach einem der vorangegangenen Ansprüche mit einer Druckübersetzeranlage (100).