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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Drucklufterzeugungssystem für ein Fahrzeug-Druckluftsystem, wie beispielsweise für eine Druckluftbremse, eine Luftfederung, eine Getriebesteuerung, eine Kupplungsvorrichtung, oder einen pneumatischen Aktor eines Landfahrzeugs, eines Flugzeuges oder eines Schiffs, bevorzugt für ein Luftfedersystem eines Fahrzeugs.
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STAND DER TECHNIK
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Aus dem Stand der Technik sind Drucklufterzeugungssysteme zur Erzeugung für Fahrzeug-Druckluftsysteme bekannt, in welchen eine Drucklufterzeugungsanlage beispielsweise ein Kolbenverdichter zur Erzeugung von Druckluft angeordnet ist. In der Regel wird die erzeugte Druckluft unter anderem in einem Druckluftsystem auch in ein Druckluftspeichersystem wie z. B. einem Druckluftspeichertank eingeleitet und gespeichert. Beim Ausfallen eines Stromversorgungssystems kann das Druckluftspeichersystem als Ersatzdruckluftquelle für das Fahrzeug-Druckluftsystem eingesetzt werden, auch kann eine hohe Druckluftmenge trotz geringer Förderleistung eines Druckluftkompressors zur Verfügung stellen. Hierbei ist regelmäßig das Drucklufterzeugungssystem, insb. ein Druckluftkompressor, und das Druckluftspeichersystem separat voneinander angeordnet und sind über Druckleitungen miteinander verbunden.
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Gemäß der
WO 2013/138473 A2 ist ein Druckluftenergiespeichersystem als Ersatzstromquelle beim Ausfallen eines Stromversorgungssystems beschrieben. Das Druckluftenergiespeichersystem kann ein Verteilungssystem, in dem ein erster Speicher, ein zweiter Speicher und ein Verteiler angeordnet sind, umfassen, wobei ein erster Speicher und ein zweiter Speicher vorgesehen sind. Mit dem Verteilungssystem kann Luft mittels einer Hydraulikflüssigkeit im ersten Speicher und/oder im zweiten Speicher durch Bewegen einer Trennwand in einem ersten oder zweiten Zylinder verdichtet werden, wobei die Kompression der Luft mittels eines hydraulischen Drucks über eine Pumpe oder einen Motor erfolgen kann. Die erzeugte komprimierte Luft kann in einem von den Zylindern separaten Speichertank eingelassen werden.
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Die
DE 11 2010 002 759 T5 offenbart ein Druckluftspeichersystem in einem Energiespeichersystem. Das Druckluftspeichersystem weist eine Zylindervorrichtung, eine Druckzelle und einen Drucklufttank zum Speichern von Druckluft auf. Die Luft kann mittels einer Kolbeneinrichtung komprimiert werden, wobei die Kolbeneinrichtung von einem Motor angetrieben werden kann. Um eine effiziente Komprimierung zu erreichen, wird die komprimierte Luft gekühlt, wobei die Luft in einem Flüssigkeitskörper einer Druckzelle einströmt. Hierdurch kann Wärme ausgetauscht werden. Danach kann die Luft in den Drucklufttank über eine Leitung einströmen und dort gespeichert werden.
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Weiterhin stellt die
DE 10 2009 015 939 A1 einen Dämpferkompressor zum Erzeugen von Druckluft in einem Fahrzeug dar, wobei der Dämpferkompressor durch eine Relativbewegung zwischen Chassis und Fahrzeugachse, d.h. ohne Motor angetrieben werden kann. Der Dämpferkompressor weist ein erstes Element und ein zweites Element auf, wobei das erste Element mit einer Achse des Fahrzeugs und das zweite Element mit einem Chassis des Fahrzeugs verbunden sein können. Durch ein erstes und zweites Einlassventil kann Luft aus einem Federbalg in einen Raum zwischen dem ersten und dem zweiten Element eingelassen werden. Durch eine Hubbewegung des ersten Elements nach unten, kann Luft in dem Raum zwischen dem ersten und zweiten Element verdichtet werden. Sobald ein Druck in einem Raum gleich wie ein Druck der verdichteten Luft ist, kann die verdichtete Luft aus einem Auslassventil in einem Druckluftspeicher eingeleitet werden.
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Nachteilig am Stand der Technik ist, dass ein Drucklufterzeugungssystem mit einem Druckluftspeichersystem in einer Fahrzeuganwendung ein relativ großes Bauvolumen erfordert, konstruktiv aufwendig ist, und eine Vielzahl von im Fahrzeug zu integrierenden Einzelkomponenten aufweist.
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Ein weiterer Nachteil des bekannten Drucklufterzeugungssystems für das Fahrzeug-Druckluftsystem besteht im Kostenaufwand, da das Drucklufterzeugungssystem separat von dem Druckluftspeichersystem ausgebildet ist. Zur Verbindung der vorgenannten Systeme werden zusätzlichen Druckleitungen und Druckventile benötigt, dadurch wird der Kostenaufwand zum Herstellen eines solchen Drucklufterzeugungssystems erhöht.
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Ausgehend von dem obigen Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Drucklufterzeugungssystem für ein Fahrzeug-Druckluftsystem, insbesondere für ein Luftfedersystem eines Fahrzeugs und ein damit ausgerüstetes Fahrzeug vorzuschlagen, das kompakt mit räumlich geringer Baugröße integrierbar ist, einen vergleichsweise geringen Druckverlust beim Lufttransport zwischen dem Drucklufterzeugungssystem und dem Druckluftspeichersystem erreicht, sowie kostengünstig und einfach auszuführen ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Drucklufterzeugungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft ein Drucklufterzeugungssystem für ein Fahrzeug-Druckluftsystem, insbesondere für ein Luftfedersystem eines Fahrzeugs.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass zumindest ein Drucklufttank zur Speicherung von Druckluft umfasst ist, in dem zumindest ein Zylinder mit einer Antriebseinheit zur Erzeugung der Druckluft integriert ist.
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Somit wird ein Drucklufterzeugungssystem vorgeschlagen, in dem ein Zylinder mit einer Antriebseinheit, der als Drucklufterzeugung zur Erzeugung der Druckluft ausgebildet ist, in einem Drucklufttank, der als Druckluftspeicherung angeordnet ist, integriert wird. Dadurch wird erreicht, dass die Drucklufterzeugung und die Druckluftspeicherung nicht funktionell und konstruktiv voneinander separat, sondern miteinander kombiniert angeordnet sein können. Somit ist es vorteilhaft, dass die Luft in dem Drucklufterzeugungssystem erzeugt und direkt dort gespeichert werden kann. Aufgrund der Anordnung, in der der Zylinder unmittelbar in dem Drucklufttank ausgebildet ist, kann im Vergleich zu einem gattungsgemäßen Drucklufterzeugungssystem die verdichtete Luft ohne lange Wege in den Drucklufttank eingeleitet werden, so dass ein Druckverlust beim Transportieren der Druckluft zwischen dem Zylinder und dem Drucklufttank deutlich reduziert werden kann. Hierbei wird ein konstanter Druck über einen gesamten Nutzungsbereich bzw. einer gesamten Luftabgabezeit erreicht. Durch die räumliche Integration ist ein geringer Bauraum möglich, und es müssen nur wenige Einzelbauteile in einem Fahrzeug angeordnet werden.
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Es ist weiterhin vorteilhaft, dass keine zusätzlichen Druckleitungen und Druckventile zur Verbindung des Zylinders mit dem Drucklufttank benötigt werden, so dass der Herstellungsaufwand reduziert werden kann.
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Vorteilhaft wird weiterhin ein vergleichsweise langsamer Drucklufterzeugungsprozess mit dem Drucklufterzeugungssystem ermöglicht, so dass Arbeitsgeräusche verringert und akustisch unauffällig auftreten.
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Grundsätzlich kann die Drucklufterzeugung im Zylinder auf beliebige Weise erfolgen und beispielsweise ein konventioneller Kolbenkompressor mit Kurbelwellenantrieb eingesetzt werden.
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Es ist weiterhin vorteilhaft, dass ein Geräusch und eine Temperatur beim Komprimieren von Luft reduziert werden. Dadurch kann eine Anhebegeschwindigkeit des Kolbens erhöht werden, so dass im Vergleich zu einer Abkühlzeit des konventionellen Kolbenkompressors ein kurzer Refill-Zyklus ermöglicht wird. Eine Geräuschminimierung kann durch einen Geräuschdämpfer im Einlasskanal des Zylinders erreicht werden, eine Temperaturkühlung kann beispielsweise unter Abzweig von Luft einer Klimaanlage erreicht werden.
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Mit dem erfindungsgemäßen Drucklufterzeugungssystem kann ein konventioneller Drucklufttank durch den erfindungsgemäßen Drucklufttank mit dem aktiven Kolben ersetzt werden, wobei dieser Kolben über zumindest einen Teilbereich, insbesondere über die gesamte Länge des Drucklufttanks verschiebbar ist. Durch Verschiebung des Kolbens in Richtung eines Druckbereichs wird der Druck erzeugt und konstant gehalten, bis der Kolben an einem Endanschlag angelangt ist. Durch die Kombination des Druckluftverdichters und des Drucklufttanks ist eine signifikante Bauraumeinsparung und reduzierte Geräuschentwicklung möglich.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des Drucklufterzeugungssystems kann ein Kolben des Zylinders über einen Linearantrieb, bevorzugt einen Spindelantrieb als Antriebseinheit druckerzeugend linear angetrieben und verschoben werden.
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Alternativ kann ein hydraulischer Linearantrieb eingesetzt werden, bei dem ein Öl- oder Luftkompressor mit einem Elektromotor, insbesondere mit einem elektrischen Rotationsmotor zur Bereitstellung von pneumatischen oder hydraulischen Energien zum Betrieb des Zylinders vorgesehen sein kann, so dass eine Drehbewegung des Elektromotors über den Öl- oder Luftkompressor in eine Linearbewegung umgesetzt werden kann. So kann vorteilhaft durch einen elektromotorischen, hydraulischen oder pneumatischen Linearantrieb eine Drucklufterzeugung erreicht werden, wobei in einem kleinen Bauraum ein hoher Luftdruck erzeugt werden kann.
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Weiterhin kann in dieser Ausführungsform ein Schaltventil als Liftventil für eine Fahrzeugfederung angeordnet sein, wobei bei einer Anhebeanforderung der Luftfedern das Liftventil eingeschaltet werden kann, so dass Luft aus einem Drucklufttank des Drucklufterzeugungssystems direkt in ein Luftfedersystem beispielsweise in ein Federbein strömen kann. Zeitgleich kann eine Druckmesseinrichtung wie z. B. ein Drucksensor im Drucklufttank vorgesehen sein, um einen Druckabfall zu erkennen und dadurch den Druckabfall zu kompensieren, dass der Kolben im Drucklufttank verschoben werden kann. Somit kann erreicht werden, dass eine Anhebeperformance des Fahrzeugs durch die Luftfederung aufgrund des gleichbleibenden Drucks gleichmäßig bleibt. Hierbei ist eine ausreichende Größe des Drucklufttanks ein entscheidendes Maß für die Anhebeperformance. Weiterhin kann die Anzahl oder Dauer von Anhebevorgängen so lange wiederholt werden, bis der Koben im Drucklufttank am Endanschlag angelangt ist. Daraufhin kann das Drucklufterzeugungssystem auf „On-Hold“ gehen, der Kolben zurückgefahren und ein erneuter Füllzyklus begonnen werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann ein elektrischer Antrieb, insbesondere ein Elektromotor als Antriebseinheit vorgesehen sein. Dieser kann sowohl über eine Kurbelwelle eines Kolbenkompressors antreiben. Bevorzugt ist der Elektromotor als Linearantrieb, insbesondere als Spindel- oder Schneckenantrieb ausgebildet, oder kann mittelbar über einen Öl- oder Luftkompressor einen Linearantrieb bereitstellen. Dabei kann in einer Durchführung des Linearantriebes zumindest eine druckluftdichte Buchse als Druckluftdichtung zwischen einer Antriebswelle des Kolbens, und dem Gehäuse des Drucklufttanks angeordnet sein.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann der Kolben an einer Innenwandung des Drucklufttanks anliegen, wobei an dem Kolben zumindest ein Einlassventil angeordnet ist, das bevorzugt als Rückschlagventil ausgeführt ist. Vorteilhafterweise kann weiterhin im Gehäuse des Drucklufttanks ein Rückschlagventil als Einlassventil angeordnet sein, so dass beim Vergrößern eines Innenraums des Zylinders Luft durch das Rückschlagventil in einen Niederdruckbereich des Zylinders angesogen werden kann. Ist ein Druck in dem Zylinder größer als atmosphärischer Druck, kann sich das Rückschlagventil schließen. Danach kann der Innenraum des Zylinders durch Bewegung des Kolbens verkleinert werden, wodurch die Luft komprimiert werden kann, sobald der Druck im Zylinder größer als ein Druck im Drucklufttank ist. Zuvor kann bei Rückführung des Zylinder in den Ausgangszustand Luft aus dem Niederdruckbereich durch ein Rückschlagventil, das an dem Kolben angeordnet sein kann, in den Hochdruckbereich des Zylinders überführt und dort gespeichert werden.
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Im Hochdruckbereich kann eine Druckmesseinrichtung integriert sein, somit kann der Druck im Hochdruckbereich erfasst und damit die Kolbenstellung und eine Druckverdichtungsarbeit gesteuert werden. Weiterhin kann Luft aus der Atmosphäre über das im Gehäuse als Rückschlagventil ausgebildete Einlassventil in einen Saugbereich angesaugt werden, während der Kolben in Richtung des Druckbereichs fährt. Nach dem Ankommen des Kolbens am Endanschlag kann der Kolben zurückgestellt werden und einen erneuten Füllzyklus ausführen. Durch Rückstellen des Kolbens kann die angesaugte Luft aus dem Saugbereich über das im Kolben angeordnete Einlassventil in den Druckbereich geleitet werden. Nach dem Ankommen des Kolbens am Endanschlag des Saugbereichs kann dieser Kolben wieder in Richtung des Druckbereichs verschoben werden, bis ein gewünschter Druck im Druckbereich erreicht werden kann. Somit kann eine Füllhöhe des Drucklufttanks nicht durch den Druck, sondern durch einen Weg des Kolbens definiert werden. Ist die Füllhöhe in einem Zyklus noch zu niedrig, kann der oben dargestellte Vorgang wiederholt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann ein Luftsack aus einem elastischen Material, in einer Zylinderkammer des Drucklufttanks druckdicht angeordnet sein, so dass zunächst die Luft in dem Luftsack durch den Kolben komprimiert, und anschließend die komprimierte Luft über zumindest ein, bevorzugt als Rückschlagventil ausgebildetes Auslassventil in eine Druckleitung des weiteren Fahrzeug-Druckluftsystems ausgelassen werden kann. Alternative kann das Auslassventil auch schaltbar ausgebildet sein. Um die Dichtheit zu gewährleisten, kann der Luftsack an der Innenwandung des Zylinders verschweißt werden, damit kann eine Leckage vermieden werden. Vorteilhafterweise kann der Luftsack ziehharmonikaförmig gefaltet ausgebildet sein, wobei der Luftsack in einem „Schließzustand“ zusammengefaltet und in einem „Offenzustand“ entfaltet werden kann, so dass möglichst viel Luft in dem Luftsack zum Komprimieren bereitgestellt sein kann. Weiterhin kann die verdichtete Luft über das als Auslassventil ausgebildete Rückschlagventil ausgelassen und für das weitere Fahrzeug-Druckluftsystem zur Verfügung gestellt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann zumindest eine Trennwand an der Innenwandung des Drucklufttanks vorgesehen sein, wobei die Trennwand zumindest ein, bevorzugt als Rückschlagventil ausgebildetes Einlassventil aufweist, so dass zumindest drei Druckluftkammern in dem Drucklufttank gebildet sind, wobei ein Niederdruck, Mitteldruck und Hochdruck in den verschiedenen Druckluftkammern durch Verschieben des Kolbens erzeugt werden können. Alternative kann das Einlassventil als schaltbares Ventil ausgebildet sein. Die Trennwand kann vorteilhaft mittels zumindest einer Bajonettverbindung mit der Innenwandung derart verbunden sein, dass die Montage der Trennwand an der Innenwandung des Drucklufttanks durch eine Drehbewegung der Trennwand erfolgen kann. Dadurch kann in dem Drucklufttank drei Kammern gebildet werden, wobei zwei Druckluftkammern mit dem Kolben zur Bereitstellung der Druckluft und die andere Druckkammer als Speicherkammer vorgesehen sein können. Hierdurch kann die Luft zweimalig in den beiden Druckluftkammern verdichtet werden, um einen vergleichsweise hohen Druck zu erzeugen. Ist der Druck in den Druckluftkammern höher als ein Druck in der Speicherkammer, kann die Druckluft von den Druckluftkammern der Speicherkammer zugeführt und dort gespeichert werden. Bei Bedarf kann die Druckluft über das Auslassventil in das weitere Fahrzeug-Druckluftsystem ausgelassen werden.
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Daneben kann ein Schaltventil in einer Rückleitung für Luftrückgewinnung angeordnet sein, wobei das Schaltventil bei einer Ablassanforderung betätigt werden kann. Dadurch kann Luft aus dem Luftfedersystem über das Schaltventil zurück in den Saugbereich geleitet werden, wobei die Größe des zurückgeleiteten Luftanteils abhängig von einem Gegendruck aus dem Fahrzeug-Druckluftsystem ist und eine Aufteilung des Luftanteils über das Rückschlagventil erfolgen kann. Dabei kann die restliche Luft über einen Geräuschdämpfer auch in die Atmosphäre ausgeleitet werden. Durch eine Rückführung von Luft in den Saugbereich kann ein höher Füllgrad und eine Energieeinsparung in einem Füllzyklus ermöglicht werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann der Kolben als innerer Kolben eines in dem Drucklufttank integrierten Kolbenverdichters ausgebildet sein, wobei zumindest ein, bevorzugt als Rückschlagventil ausgebildetes, Einlassventil bereitgestellt ist, so dass Luft über das Einlassventil in den Kolbenverdichter eingelassen werden kann. Der Kolbenverdichter kann durch eine druckdichte Verbindung, beispielsweise Verkleben, Verschweißen oder anderweitig an der Innenwandung des Drucklufttanks befestigt werden, wobei der Kolbenverdichter über den Linear- oder Spindelantrieb als Antriebseinheit angetrieben werden kann. Weiterhin kann die verdichtete Luft über ein Auslassventil des Kolbenverdichters ohne lange Wege in dem Drucklufttank ausgelassen und gespeichert werden.
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Daneben wird in einem nebengeordneten Aspekt der Erfindung ein Fahrzeug vorgeschlagen. Das Fahrzeug umfasst eine Ausführungsform eines vorab beschriebenen Drucklufterzeugungssystems, das nach einem der vorgenannten möglichen Ausführungsformen zum Betrieb eines Luftfedersystems des Fahrzeugs ausgebildet ist.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den Figuren und der zugehörigen Zeichnungsbeschreibung. In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Figuren, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombinationen. Der Fachmann wird diese Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen:
- 1a einen Längsschnitt durch ein Drucklufterzeugungssystem gemäß einer ersten Ausführungsform;
- 1b einen Längsschnitt durch ein Drucklufterzeugungssystem gemäß einer weiteren Ausführungsform;
- 2 einen Längsschnitt durch ein Drucklufterzeugungssystem gemäß einer weiteren Ausführungsform;
- 3 einen Längsschnitt durch ein Drucklufterzeugungssystem gemäß einer weiteren Ausführungsform;
- 4 einen Längsschnitt durch ein Drucklufterzeugungssystem gemäß einer weiteren Ausführungsform;
- 5 eine schematische Pneumatik-Darstellung des in der 1a dargestellten Drucklufterzeugungssystems;
- 6a in einer perspektivischen Darstellung ein Drucklufterzeugungssystem gemäß einer weiteren Ausführungsform als Drahtgittermodell;
- 6b einen Längsschnitt durch die in 6a dargestellte Ausfü h ru ngsform.
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In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert.
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Eine Ausführungsform eines Drucklufterzeugungssystems 10, die in der 1a und 1b gezeigt ist, umfasst ein Drucklufttank 12 zur Speicherung von Druckluft, wobei an einer Innenwandung 46 des Drucklufttanks 12 ein Kolben 22 anliegt. In dem Drucklufttank 12 ist ein Zylinder 14 vorgesehen. Der Kolben 22 des Zylinders 14 kann von einem Elektromotor 18 über eine Antriebswelle 26 durch einen als Antriebseinheit 20 ausgebildeten Linearantrieb 42 angetrieben werden, wobei der Elektromotor 18 als elektrischer Antrieb 16 vorgesehen ist. Weiterhin kann der Drucklufttank 12 zwei als Einlassventile 64 ausgebildete Rückschlagventile 30 aufweisen, wodurch Luft in eine Niederdruckkammer 82 als Saugbereich hinter dem Kolben 22 angesaugt, und Luft in einer Hochdruckkammer als Speicherkammer 38 vor dem Kolben 22 verdichtet werden kann. Luft kann beim Zurückziehen des Kolbens 22 von der Niederdruckkammer 82 als Saugbereich über zwei an dem Kolben 22 angeordnete Einlassventile 64 in eine Speicherkammer 38 als Hochdruckkammer des Drucklufttanks 12 eingelassen werden, wobei die Einlassventile 64 als Rückschlagventile 30 ausgebildet sind. Bei Bedarf kann die Druckluft über ein Auslassventil 66, das als Schaltventil 72 vorgesehen ist, in eine Druckleitung 54 eines Luftfedersystems 68 ausgelassen werden. Weiterhin ist in der Speicherkammer 38 eine Druckmesseinrichtung 70 integriert, die einen Druck in der Speicherkammer 38 erfasst. Bei einem ausreichenden Druckniveau kann somit Druckluft über das Auslassventil 66 an das Luftfedersystems 68 abgegeben werden.
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Weiterhin ist in der 1b jeweils ein Luftsack 24 in der Niederdruckkammer 82 und in der Speicherkammer 38 für Luftverdichtung vorgesehen, wobei die Luftsäcke 24 wie „Ballone“ entsprechend an Kanten des Zylinders 14 und der Speicherkammer 38 befestigt werden. Durch die Verwendung der Luftsäcke 24 können Abdichtprobleme beseitigt und der Drucklufttank 12 wesentlich günstiger hergestellt werden. Somit muss das Außengehäuse des Drucklufttanks 12 nicht luftdicht ausgebildet sein, sondern kann auch als Gitterkäfig ausgebildet werden, was zu einer signifikanten Gewichtsersparnis führt.
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Im Vergleich zur 1a stellt die 2 eine weitere Ausführungsform eines Drucklufterzeugungssystems 10 dar, in dem durch eine Trennwand 56 und einen Kolben 22 drei Druckluftkammern 58, 60, 62 ausgebildet sind, wobei ein entsprechender Niederdruck, Mitteldruck und Hochdruck in den Druckluftkammern 58, 60, 62 durch Verschieben des Kolbens 22 erzeugt werden können. Der Kolben 22 kann mittels eines als elektrischen Antrieb 16 ausgebildeten Elektromotors 18 über eine Antriebswelle 26 durch einen Linearantrieb 42 angetrieben werden, wobei der Linearantrieb 42 die Antriebseinheit 20 bildet. Weiterhin kann Luft über zwei als Einlassventile ausgebildete Rückschlagventile 30 in die erste Druckluftkammer 58 als Niederdruckkammer 82 angesaugt werden, wobei die Luft mittels des Kolbens 22 in der Mitteldruckkammer verdichtet werden kann. Sobald ein Druck in der Druckluftkammer 58 (Mitteldruckkammer) größer als ein Druck in der Druckluftkammer 60 ist, kann die verdichtete Luft über zwei als Einlassventile 64 ausgebildete Rückschlagventile 30 in die Druckluftkammer 60 als Hochdruckkammer eingelassen und dort weiter verdichtet werden. Ist ein Druck in der Druckluftkammer 60 größer als Druck in der Druckluftkammer 62, kann die verdichtete Luft über zwei als Einlassventile 64 ausgebildete Rückschlagventile 30 in die Druckluftkammer 62 eingelassen und dort gespeichert werden. Hierbei ist die Hochdruck-Druckluftkammer 62 als Speicherkammer 38 vorgesehen. Wird ein notwendiger Arbeitsdruck eines Luftfedersystems 68 erreicht, kann die verdichtete Luft über einen als Auslassventil 66 ausgebildetes Rückschlagventil 30 in eine Druckleitung 54 des Luftfedersystems 68 entlassen werden. Weiterhin ist in der Druckluftkammer 62 eine Druckmesseinrichtung 70 integriert, damit kann ein Druck in der Speicherkammer 38 erfasst werden. Die in der 2 gezeigte Auslassventile 66 können auch als Schaltventile 72 ausgebildet sein, um eine steuerbare Druckluftführung zu ermöglichen. Ist der Druck in der Speicherkammer 38 kleiner als ein Sollwert der Druckmesseinrichtung 70, wird die komprimierte Luft über das Einlassventil 64 in die Druckluftkammer 62 eingelassen.
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In der 3 ist im Vergleich zur 2 ein Luftsack 24 in einer Zylinderkammer 28 einer Druckluftkammer 60 druckdicht angeordnet, somit kann die Luft zunächst in dem Luftsack 24 durch einen Kolben 22 komprimiert, und anschließend die verdichtete Luft über ein als Einlassventil 64 ausgebildetes Rückschlagventil 30 in eine Druckluftkammer 62 ausgelassen werden. Um die Druckluft einem Luftfedersystem 68 zuzuführen, kann die Druckluft über ein als Rückschlagventil 30 angeordnetes Auslassventil 66 in eine Druckleitung 54 des Luftfedersystems 68 eingelassen werden. Weiterhin ist in der Druckluftkammer 62 eine Druckmesseinrichtung 70 integriert, damit kann ein Druck in der Druckluftkammer 62 erfasst werden. Die in der 3 gezeigte Auslassventile 66 können auch als Schaltventile 72 ausgebildet sein. Ist der Druck in der Speicherkammer 38 kleiner als ein Sollwert der Druckmesseinrichtung 70, wird die komprimierte Luft über das Einlassventil 64 in die Druckluftkammer 62 eingelassen.
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In der 4 ist ein Drucklufterzeugungssystem 10 gezeigt, wobei ein Kolbenverdichter 52 in einem Drucklufttank 12 angeordnet ist. Der Kolbenverdichter 52 ist von einem Elektromotor 18, der als elektrischer Antrieb 16 bereitgestellt ist, über eine Antriebswelle 26 in Form eines Linearantriebs 42 antreibbar, wobei der Linearantrieb 42 die Antriebseinheit 20 definiert. Atmosphärische Luft kann über ein als Einlassventil 64 angeordnetes Rückschlagventil 30 in eine Zylinderkammer 28 angesaugt und mittels eines Kolbens 22 verdichtet werden. Sofern ein Druck in der Zylinderkammer 28 größer als ein Druck in einer Speicherkammer 38 ist, kann die Druckluft über ein als Auslassventil 66 angeordnetes Rückschlagventil 30 in die Speicherkammer 38 überführt und drin gespeichert werden. Ist ein Druck in einem Luftfedersystem 68 kleiner als ein Druck in der Speicherkammer 38 kann die Druckluft über ein weiteres Schaltventil 72, das als Auslassventil 66 ausgebildet ist, in eine Druckleitung 54 des Luftfedersystems 68 ausgelassen werden. Weiterhin ist in der Speicherkammer 38 eine Druckmesseinrichtung 70 integriert, mit der ein Druck in der Speicherkammer 38 erfasst und gesteuert über das Auslassventil 66 ausgegeben werden kann.
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In der 5 ist eine Pneumatik-Darstellung des in der 1a dargestellten Drucklufterzeugungssystems 10 gezeigt, in dem die verdichtete Luft über eine Druckleitung 54 in das Luftfedersystem 68 und/oder Luft aus dem Luftfedersystem 68 über eine Rückleitung 78 durch ein Schaltventil 72 zurück in das Drucklufterzeugungssystem 10 geleitet wird. Die zurückgeleitete Luft wird direkt über das als Einlassventil 64 ausgebildete Rückschlagventil 30 in den Zylinder 14 geleitet und/oder strömt über ein in der Rückleitung 78 angeordnetes Überdruckventil 80, das ebenfalls als Rückschlagventil 30 ausgebildet ist, durch einen Geräuschdämpfer 76 in die Atmosphäre. Somit kann Restdruckluft aus dem Luftfedersystem 68 an den Eingang des Verdichters zurückgeführt und durch den Kolben 22 verdichtet werden, oder ggf. durch Verwendung des eingangsseitgen Geräuschdämpfers 76 an die Atmosphäre abgelassen werden.
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In der 6a und 6b ist ein Drucklufttank 12 gemäß einer weiteren Ausführungsform als perspektivisches Drahtgittermodell und in einer perspektivischen Schnittdarstellung gezeigt. An einer durchgängigen Antriebswelle 26, beispielsweise einer Spindelwelle ist ein Kolben 22 angebracht, wobei mit dem Kolben 22 der Drucklufttank 12 in einen Zylinder 14 und eine Speicherkammer 38 aufgeteilt wird. Mittels einer Drehung der Spindelwelle 26 ist der Kolben 22 entlang der Innenwandung des Drucklufttanks 12 verschiebbar. Die Antriebswelle 26 des Drucklufttanks 12 ist über einen Flansch 74 mit einem Elektromotor 18 gekoppelt. Im Zylinder 14 wird Luft verdichtet, in dem der Kolben in Richtung des Auslassventils 66 verschoben wird, wobei die Druckluft in der Speicherkammer 38 gespeichert werden kann. Die Druckluft aus der Speicherkammer 38 wird über ein als Auslassventil 66 ausgebildetes Schaltventil 72 in das nachgeschaltete Luftfedersystem 68 ausgelassen.
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In allen Ausführungsformen können zweckmäßigerweise steuerbare Schaltventile und/oder Rückschlagventile zur gesteuerten Druckluftführung eingesetzt werden.
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Vorteilhaft kann ein maximal möglicher Durchmesser eines Drucklufttanks 12 130 mm betragen und eine Länge der Antriebswelle 26 als Spindelwelle eines Spindelantriebs 44 kann abhängig von einer Speichergröße einer Speicherkammer 38 bis zu 800 mm sein. Eine Steigung der Spindelwelle kann 1 mm pro U/min ggf. 1,5 mm betragen und die Spindelwelle kann selbsthemmend sein. In allen Ausführungsformen können vorteilhaft ein direkter Antrieb und kein Getriebe zwischen einem Elektromotor 18 und der Spindelwelle 26 nötig sein, so dass die Kosten und akustische Geräusche reduziert werden können. Vorteilhafterweise kann die Spindelwelle 26 Öl- und Wartungsfrei über eine Lebensdauer von über 1000 Stunden ausgelegt sein. Eine maximale Leistung bzw. eine Eingangsleistung des Elektromotors 18 kann 350 W oder mehr betragen. Daneben kann der drehzahlgeregelte Elektromotor 18 in beiden Drehrichtungen geregelt werden. Ein Drehmoment des Elektromotors 18 kann 3 Nm oder mehr in Abhängigkeit von Drehzahl und Spindelsteigung betragen. In Abhängigkeit von der Spindelsteigung kann die Drehzahl der Spindelwelle 26 im Betrieb ca. 1000 rpm ermöglicht werden. Des Weiteren kann eine Verstellgeschwindigkeit größer als 15 mm/s sein, um eine hohe Druckluftvariation zu erreichen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform kann der aufgeladene Drucklufttank 12 eine Kolbenposition bei einem Ausgangszustand aus einer Ruhestellung 60% aufweisen, und die Speicherkammer 38 kann mit einem Volumen von mehr als 4,5 L ausgebildet sein, wobei ein Druck von 15 bar oder mehr und eine Luftmasse 100 g oder mehr betragen können. Weiterhin ist im Refill-Zyklus ein Druck von zumindest 12 bar im Speicherbereich und 4 bar in dem Saugbereich 82 möglich. Der Zyklus kann bis zu 90 s dauern und es kann ein Druck im Saugbereich 82 bis zu 12 bar ermöglicht werden. Dabei kann eine Luftmasse im Saugbereich 82 60 g oder mehr betragen, wobei eine Kolbenposition aus einer Ruhestellung von bis zu 65% ausgelenkt werden kann.
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Ein Füll-Zyklus zum Ausgangszustand kann 20 min dauern. Dabei kann ein Druck 15 bar und eine Luftmasse 100 g betragen. Eine Kolbenposition kann aus einer Ruhestellung 60% ausgelenkt werden. Ein Refill-Zyklus von 12 bar zu 15 bar kann 9 min dauern. Dabei kann ein Druck 15 bar und eine Luftmasse 100 g betragen. Eine Kolbenposition kann aus einer Ruhestellung 60% ausgelenkt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Drucklufterzeugungssystem
- 12
- Drucklufttank
- 14
- Zylinder
- 16
- Elektrischer Antrieb
- 18
- Elektromotor
- 20
- Antriebseinheit
- 22
- Kolben
- 24
- Luftsack
- 26
- Antriebswelle
- 28
- Zylinderkammer
- 30
- Rückschlagventil
- 32
- Durchlass
- 34
- Dichtung
- 36
- Buchse
- 38
- Speicherkammer
- 42
- Linearantrieb
- 44
- Spindelantrieb
- 46
- Innenwandung
- 48
- innerer Kolben
- 50
- Fahrzeug-Druckluftsystem
- 52
- Kolbenverdichter
- 54
- Druckleitung
- 56
- Trennwand
- 58
- Druckluftkammer
- 60
- Druckluftkammer
- 62
- Druckluftkammer
- 64
- Einlassventil
- 66
- Auslassventil
- 68
- Luftfedersystem
- 70
- Druckmesseinrichtung
- 72
- Schaltventil
- 74
- Flansch
- 76
- Geräuschdämpfer
- 78
- Rückleitung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2013/138473 A2 [0003]
- DE 112010002759 T5 [0004]
- DE 102009015939 A1 [0005]
